Model Context Protocol (MCP) 架构详解

简介

Model Context Protocol (MCP) 是一个开放协议，用于连接 AI 应用程序与外部数据源和工具。通过 MCP，AI 应用可以安全地访问各种上下文信息，执行操作，并与外部系统交互。

项目组成

MCP 包含以下项目组件：

组件	说明
MCP 规范	定义 MCP 的实现规范，概述客户端和服务器的实现要求
MCP SDK	为不同编程语言提供的 MCP 实现 SDK
MCP 开发工具	用于开发 MCP 服务器和客户端的工具，包括 MCP Inspector
MCP 参考服务器实现	MCP 服务器的参考实现

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核心概念

参与者

MCP 采用客户端-服务器架构，其中 MCP 主机（如 Claude Code 或 Claude Desktop 等 AI 应用）与一个或多个 MCP 服务器建立连接。MCP 主机通过为每个 MCP 服务器创建一个 MCP 客户端来实现这一点。每个 MCP 客户端与其对应的 MCP 服务器维持专用连接。

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                        MCP Host (AI 应用)                         │
│                     (Claude Desktop / VSCode)                     │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  ┌──────────────┐  ┌──────────────┐  ┌──────────────┐          │
│  │  MCP Client  │  │  MCP Client  │  │  MCP Client  │  ...      │
│  └──────┬───────┘  └──────┬───────┘  └──────┬───────┘          │
└─────────┼──────────────────┼──────────────────┼─────────────────┘
          │                  │                  │
          ▼                  ▼                  ▼
  ┌──────────────┐  ┌──────────────┐  ┌──────────────┐
  │  MCP Server  │  │  MCP Server  │  │  MCP Server  │
  │  (Filesystem)│  │   (Sentry)   │  │   (Database) │
  └──────────────┘  └──────────────┘  └──────────────┘

MCP 架构中的关键角色

角色	说明
MCP 主机 (Host)	协调和管理的 AI 应用程序，管理一个或多个 MCP 客户端
MCP 客户端 (Client)	维护与 MCP 服务器连接的组件，从 MCP 服务器获取上下文供主机使用
MCP 服务器 (Server)	向 MCP 客户端提供上下文的程序

服务器类型

MCP 服务器可以本地运行或远程运行：

• 本地 MCP 服务器：使用 STDIO 传输层，通常在同一台机器上运行，服务单个 MCP 客户端

  • 示例：Claude Desktop 启动的文件系统服务器

• 远程 MCP 服务器：使用 Streamable HTTP 传输层，通常运行在远程平台上，服务多个 MCP 客户端

  • 示例：运行在 Sentry 平台上的官方 Sentry MCP 服务器

实例说明

以 Visual Studio Code 为例：

1. VSCode 作为 MCP 主机
2. 当 VSCode 连接到 Sentry MCP 服务器时，VSCode 运行时创建一个 MCP 客户端对象来维护连接
3. 当 VSCode 再连接到本地文件系统服务器时，创建另一个 MCP 客户端对象来维护此连接

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协议层级

MCP 由两个层级组成：

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                     Transport Layer (传输层)                   │
│  ┌──────────────────────┐  ┌──────────────────────────────┐ │
│  │   Stdio Transport    │  │  Streamable HTTP Transport   │ │
│  │  (标准输入/输出流)     │  │  (HTTP POST + SSE)           │ │
│  └──────────────────────┘  └──────────────────────────────┘ │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                      Data Layer (数据层)                      │
│              基于 JSON-RPC 2.0 的交换协议                      │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  Lifecycle  │  Server  │  Client  │  Utility  │  Primitives │
│  Management │ Features │ Features │ Features  │             │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

数据层 (Data Layer)

数据层实现基于 JSON-RPC 2.0 的交换协议，定义消息结构和语义：

功能	说明
生命周期管理	处理客户端和服务器之间的连接初始化、能力协商和连接终止
服务器功能	服务器提供的核心功能：工具、资源、提示模板
客户端功能	客户端提供的功能：LLM 采样、用户输入请求、日志记录
实用功能	通知（实时更新）和进度跟踪（长时间运行操作）

传输层 (Transport Layer)

传输层管理客户端和服务器之间的通信通道和身份验证：

传输机制	说明
Stdio 传输	使用标准输入/输出流进行本地进程间通信，无网络开销，性能最优
Streamable HTTP 传输	使用 HTTP POST 发送消息，支持 Server-Sent Events 流式传输，支持远程服务器通信，支持标准 HTTP 身份验证

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数据层协议

原语 (Primitives)

MCP 原语是 MCP 中最重要的概念，定义了客户端和服务器可以相互提供的内容。

服务器原语

服务器可以暴露的三种核心原语：

原语	说明	示例
工具 (Tools)	AI 应用可调用的可执行函数	文件操作、API 调用、数据库查询
资源 (Resources)	提供上下文信息的数据源	文件内容、数据库记录、API 响应
提示 (Prompts)	构建语言模型交互的可重用模板	系统提示、少样本示例

每个原语类型都有相关方法用于发现（*/list）、检索（*/get），有些情况下还包括执行（tools/call）。

示例：数据库 MCP 服务器

一个提供数据库上下文的 MCP 服务器可以暴露：

• 工具：查询数据库
• 资源：数据库架构
• 提示：与工具交互的少样本示例

客户端原语

客户端可以暴露的原语，允许 MCP 服务器作者构建更丰富的交互：

原语	说明	方法
采样 (Sampling)	服务器请求客户端 AI 应用提供语言模型补全	sampling/complete
引出 (Elicitation)	服务器请求用户提供额外信息或确认操作	elicitation/request
日志 (Logging)	服务器向客户端发送日志消息用于调试和监控	日志消息

实用原语

跨越服务器和客户端的实用原语：

原语	说明
任务 (Tasks)	实验性功能：持久执行包装器，支持延迟结果检索和状态跟踪

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通知 (Notifications)

协议支持实时通知，实现服务器和客户端之间的动态更新。

例如：

• 当服务器的可用工具发生变化时（新功能可用或现有工具被修改）
• 服务器可以发送工具更新通知，告知连接的客户端这些变化

通知作为 JSON-RPC 2.0 通知消息发送（不期望响应），使 MCP 服务器能够向连接的客户端提供实时更新。

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工作流程示例

数据层交互流程

以下是 MCP 客户端-服务器交互的分步演示：

1. 初始化 (Initialize)
   Client → Server: initialize
   Server → Client: initialize response (capabilities)

2. 发现工具 (List Tools)
   Client → Server: tools/list
   Server → Client: tools/list response (available tools)

3. 调用工具 (Call Tool)
   Client → Server: tools/call
   Server → Client: tools/call response (result)

4. 接收通知 (Notification)
   Server → Client: notification (tool list changed)

这个流程展示了：

1. 生命周期序列：连接初始化和能力协商
2. 工具操作：发现和执行
3. 通知：动态更新机制

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总结

Model Context Protocol (MCP) 的架构设计具有以下特点：

特性	说明
模块化	数据层与传输层分离，支持多种传输机制
可扩展	通过原语机制，服务器可以灵活提供功能
标准化	基于 JSON-RPC 2.0，易于实现和互操作
实时性	支持通知机制，实现动态更新
安全	传输层支持多种身份验证机制

对于开发者来说，数据层协议（特别是原语机制）是最值得关注的部分，因为它定义了开发者可以从 MCP 服务器向 MCP 客户端共享上下文的方式。

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参考资源

• MCP 官方文档
• MCP 规范
• MCP SDK 文档