Model Context Protocol (MCP) 技术解析

一、协议概述

1.1 基本定义

Model Context Protocol (MCP) 是一种基于JSON-RPC 2.0的AI集成协议，通过标准化的消息格式实现客户端、主机和服务器之间的上下文传递与协调。

1.2 核心组件

基础协议：核心JSON-RPC消息类型
生命周期管理：连接初始化、能力协商和会话控制
服务器功能：服务器暴露的资源、提示词和工具
客户端功能：客户端提供的采样和根目录列表
工具集：跨领域关注点如日志记录和参数补全

1.3 版本信息

<信息>当前版本：2025-03-26</信息> <信息>最低兼容版本：2024-Q3</信息>

二、架构设计

2.1 架构概览

graph TD
    A[Client] --> B[Host]
    B --> C[Server1]
    B --> D[Server2]
    style A fill:#f9f,stroke:#333
    style B fill:#bbf,stroke:#333
    style C fill:#f96,stroke:#333
    style D fill:#f96,stroke:#333

MCP采用创新的客户端-主机-服务器三层架构，主要特点包括：

多客户端隔离：单个主机进程可管理多个独立客户端实例
安全边界：严格隔离不同服务器的访问权限
上下文交换：专注于客户端与服务器间的上下文传递

2.2 核心组件

2.3 演进路线

2024-Q3：初始规范发布，支持基础AI集成
2025-Q1：新增工具链扩展和资源订阅机制
2025-Q3：计划引入联邦学习支持
路线图特点：
- 保持向后兼容性
- 每季度功能增量
- 社区驱动演进
2024-Q3：初始规范发布，支持基础AI集成
2025-Q1：新增工具链扩展和资源订阅机制
2025-Q3：计划引入联邦学习支持
路线图特点：
- 保持向后兼容性
- 每季度功能增量
- 社区驱动演进 MCP采用创新的客户端-主机-服务器三层架构，通过增强版JSON-RPC 2.0协议实现有状态会话管理。设计特点包括：

多客户端隔离：单个主机进程可管理多个独立客户端实例
安全边界：严格隔离不同服务器的访问权限
上下文交换：专注于客户端与服务器间的上下文传递和采样协调

三、核心组件详解

3.1 主机（Host）

作为中央协调器，负责：
- 客户端生命周期管理
- 安全策略强制执行
- 跨客户端上下文聚合
- AI集成协调（如LLM采样）

3.2 客户端（Client）

每个客户端具有：
- 独立服务器连接（1:1关系）
- 双向消息路由能力
- 订阅/通知管理
- 协议协商功能

3.3 服务器（Server）

提供专业化服务：
- 通过MCP原语暴露资源/工具
- 支持本地或远程部署
- 需遵守主机设定的安全约束

主机（Host）

作为中央协调器，负责：
- 客户端生命周期管理
- 安全策略强制执行
- 跨客户端上下文聚合
- AI集成协调（如LLM采样）

客户端（Client）

每个客户端具有：
- 独立服务器连接（1:1关系）
- 双向消息路由能力
- 订阅/通知管理
- 协议协商功能

服务器（Server）

提供专业化服务：
- 通过MCP原语暴露资源/工具
- 支持本地或远程部署
- 需遵守主机设定的安全约束

四、设计原则

原则	实现方式	技术价值
易构建性	主机承担复杂协调逻辑	降低服务器实现复杂度
高组合性	模块化设计	支持多服务器无缝协作
隐私保护	对话历史仅存主机端	符合GDPR等合规要求
渐进增强	通过能力协商实现	支持平滑升级
原则	实现方式
——	———-
易构建性	主机承担复杂协调逻辑，服务器只需实现单一功能
高组合性	模块化设计支持多服务器无缝协作
隐私保护	对话历史仅存主机端，服务器只能获取必要上下文
渐进增强	通过能力协商实现功能扩展

五、关键技术实现

5.1 能力协商机制

sequenceDiagram
    participant H as Host
    participant C as Client
    participant S as Server
    H->>C: 初始化
    C->>S: 能力声明
    S-->>C: 支持能力列表
    Note over C,S: 基于协商结果的会话

核心流程：

主机初始化客户端
客户端向服务器声明能力需求
服务器返回支持能力列表
建立基于协商结果的会话

技术特点：

动态能力发现
功能按需启用
强扩展性设计

sequenceDiagram
    participant H as Host
    participant C as Client
    participant S as Server
    H->>C: 初始化
    C->>S: 能力声明
    S-->>C: 支持能力列表
    Note over C,S: 基于协商结果的会话

动态能力发现：双方在会话初始化时交换能力声明
功能按需启用：如工具调用、资源订阅等需显式声明
扩展性强：支持后续通过协议扩展新增能力

5.2 典型交互流程

三种基本模式：

客户端发起：

用户操作 → 客户端请求 → 服务器响应

服务器发起：

采样请求 → AI处理 → 返回结果

通知机制：

资源变更 → 订阅通道 → 实时推送

客户端发起：用户操作→客户端请求→服务器响应
服务器发起：采样请求→AI处理→返回结果
通知机制：资源变更时通过订阅通道实时推送

六、应用场景与价值

6.1 架构优势

安全性：通过主机强制实施安全边界
灵活性：支持本地/远程混合部署
可扩展性：能力协商机制支持渐进增强
解耦设计：各组件可独立演进

6.2 典型应用场景

智能开发环境：多AI工具协同的IDE插件
企业AI中台：需要严格权限控制的内部系统
边缘计算：分布式AI资源调度
研究平台：可复现的AI实验环境

安全性：通过主机强制实施安全边界
灵活性：支持本地/远程混合部署模式
可扩展性：能力协商机制支持渐进式功能增强
解耦设计：客户端与服务器可独立演进

该架构特别适合以下场景：

智能开发环境：多AI工具协同的IDE插件
企业AI中台：需要严格权限控制的内部系统
边缘计算：分布式AI资源调度
研究平台：可复现的AI实验环境

七、协议规范

7.1 消息格式

请求格式

{
  jsonrpc: "2.0";
  id: string | number;  // 禁止null
  method: string;
  params?: {
    [key: string]: unknown;
  };
}

响应格式

{
  jsonrpc: "2.0";
  id: string | number;  // 必须匹配请求ID
  result?: object;
  error?: {
    code: number;
    message: string;
    data?: unknown;
  }
}

<信息>协议版本：2025-03-26</信息>

Model Context Protocol（MCP）由以下核心组件构成：

基础协议：核心JSON-RPC消息类型
生命周期管理：连接初始化、能力协商和会话控制
服务器功能：服务器暴露的资源、提示词和工具
客户端功能：客户端提供的采样和根目录列表
工具集：跨领域关注点如日志记录和参数补全

所有实现必须支持基础协议和生命周期管理组件，其他组件可根据应用需求选择性实现。

这种分层设计实现了关注点分离，同时支持客户端与服务器间的丰富交互。模块化设计允许实现方按需支持特定功能。

消息规范

所有MCP客户端与服务器间的消息必须遵循JSON-RPC 2.0规范。协议定义了以下消息类型：

请求

请求由客户端或服务器发起，用于启动操作。

{
  jsonrpc: "2.0";
  id: string | number;
  method: string;
  params?: {
    [key: string]: unknown;
  };
}

请求必须包含字符串或整数ID
与基础JSON-RPC不同，ID禁止为null
请求ID在同一会话中不得重复使用

响应

响应是对请求的回复，包含操作结果或错误信息。

{
  jsonrpc: "2.0";
  id: string | number;
  result?: {
    [key: string]: unknown;
  }
  error?: {
    code: number;
    message: string;
    data?: unknown;
  }
}

响应必须包含与对应请求相同的ID
响应进一步分为成功结果和错误响应，必须包含result或error其中之一

7.2 安全机制

推荐方案：

传输层安全：强制TLS 1.2+加密
认证方式：
- OAuth 2.0（用户授权场景）
- API密钥（服务间认证）
权限控制：
- 基于主机的策略执行
- 最小权限原则

注意事项：

DIO传输需特殊处理
支持自定义认证协商

当前MCP规范不强制特定认证方案，但建议实现方考虑以下方案：

传输层安全：所有通信应通过TLS加密
OAuth 2.0：适合需要用户授权的场景
API密钥：简单服务间认证

注意：使用DIO传输的实现不应遵循此规范，而应从环境中获取凭证。

此外，客户端和服务器可以协商自定义的认证授权策略。

关于MCP认证机制的讨论与贡献，欢迎加入GitHub Discussions共同塑造协议未来！

八、开发资源

8.1 规范文档

8.2 社区支持

GitHub Discussions
季度版本更新说明
参考实现库

完整协议规范定义为TypeScript架构，这是所有协议消息和结构的权威来源。

另提供自动生成的JSON Schema，可用于各类自动化工具集成。