Model Context Protocol 架构与流程分析

1. MCP 整体架构

Model Context Protocol (MCP) 是一个用于 AI 模型与外部系统交互的标准化协议。它由三个主要组件组成：Host、Client 和 Server，它们共同工作以实现 AI 模型与外部资源的安全、高效交互。

MCP 通信流程包括初始化、能力交换、请求/响应和通知等阶段。客户端与服务器之间的所有交互都遵循 JSON-RPC 2.0 规范，通过 stdio 或 SSE 传输层进行通信。

MCP 协议定义了标准的错误处理机制，包括：

错误响应包含错误代码、错误消息和可选的错误数据，客户端根据错误类型进行相应处理。

MCP 服务器实现了三种核心原语：Prompts（提示）、Resources（资源）和 Tools（工具）。这些原语为 AI 模型提供了与外部系统交互的标准化接口。

预定义的模板，用于塑造语言模型的响应方式。服务器可定义可重用的提示模板和工作流，客户端能轻松将这些模板呈现给用户和语言模型。

用于向 LLMs 暴露数据，类似于 REST API 中的 GET 端点，提供数据但不应执行大量计算或产生副作用。可以是静态资源或带参数的动态资源。

暴露给 LLM 的操作，允许 AI 执行计算、检索信息或与外部系统交互等任务，由模型自主控制何时及如何使用。

MCP 服务器使用 Zod（TypeScript）或 Pydantic（Python）进行参数验证：

server.tool("add",
  { a: z.number(), b: z.number() },
  async ({ a, b }) => ({
    content: [{ type: "text", text: String(a + b) }]
  })
);

@mcp.tool()
def add(a: int, b: int) -> int:
    """Add two numbers"""
    return a + b

MCP 客户端负责与服务器交互，处理 Sampling（采样）和 Roots（根资源）等原语，并管理与服务器的连接和会话状态。

Sampling 原语允许服务器请求 AI 模型进行推理，生成文本或执行其他任务。这一过程需要用户明确授权，并且服务器只能看到有限的上下文信息。

Roots 原语用于发现和访问服务器提供的资源。客户端可以查询服务器的根资源，然后导航到特定资源，并可以订阅资源更新。

MCP 协议定义了客户端与服务器交互的完整生命周期，从初始化到关闭，包括能力交换、请求处理和资源清理等阶段。

阶段	描述	关键事件
初始化协商	客户端与服务器建立连接，协商协议版本	发送 initialize 请求接收 initialize 响应传输层连接建立
能力交换	客户端查询服务器支持的功能	发送 getCapabilities 请求接收 capabilities 响应
请求处理	客户端发送请求，服务器处理并响应	工具调用（callTool）资源读取（readResource）提示获取（getPrompt）资源订阅（subscribe）
资源清理	客户端发起关闭，服务器清理资源	发送 shutdown 请求清理订阅和临时资源关闭传输层连接

MCP 协议定义了明确的状态转换流程，确保客户端和服务器在任何时刻都处于一致的状态：

在任何状态下，如果发生错误，协议都定义了明确的错误处理机制和恢复路径。