MCP系列之架构篇：深入理解MCP的设计架构

前言

在上一篇《MCP系列之基础篇》中，我们初步了解了MCP（模型上下文协议）的基本概念和价值。本篇文章将深入探讨MCP的技术架构，帮助开发者和技术爱好者更全面地理解这一协议的内部工作机制。我们将剖析MCP的核心组件、通信模型和工作流程，解析Host、Client和Server三者之间的关系与交互方式。

MCP架构概览

首先，让我们回顾MCP的基本架构。MCP采用典型的客户端-服务器模式，由三个主要组件构成：

┌────────────────────────────────────────┐
│                                        │
│               MCP Host                 │
│          (应用程序/AI界面)              │
│                                        │
│    ┌──────────────┐  ┌──────────────┐  │
│    │  MCP Client  │  │  MCP Client  │  │
│    │ (客户端模块)  │  │ (客户端模块)  │  │
│    └──────────────┘  └──────────────┘  │
│            │                  │        │
└────────────┼──────────────────┼────────┘│                  │▼                  ▼┌──────────────┐    ┌──────────────┐│  MCP Server  │    │  MCP Server  ││    (服务器)   │    │    (服务器)   │└──────────────┘    └──────────────┘

这个架构的设计理念是：

1. 组件分离：明确划分不同组件的职责，使系统更加模块化
2. 标准化通信：通过统一的协议规范组件间的通信方式
3. 可扩展性：支持一个Host连接多个Client，一个Client连接一个Server
4. 独立运行：各组件可以在不同环境中独立运行

接下来，我们将详细分析每个组件的职责和工作方式。

三大核心组件详解

1. MCP主机（Host）

MCP主机是整个系统的核心控制中心，通常是面向用户的应用程序，如AI助手应用、代码编辑器或企业知识库系统。

主机的主要职责：

• 用户交互：提供用户界面，接收用户输入并展示AI响应
• LLM集成：与大型语言模型（如Claude、GPT等）集成，处理自然语言理解和生成
• 客户端管理：初始化和管理多个MCP客户端
• 上下文聚合：整合来自多个客户端的信息，形成完整上下文
• 会话管理：维护用户会话状态和历史记录
• 权限控制：管理用户对不同服务器的访问权限

MCP主机的特点是可以同时连接多个MCP客户端，每个客户端对应一个特定服务。例如，一个AI编程助手可能连接了文件系统客户端、代码分析客户端和Git操作客户端等。

主机的典型实现示例：

• Claude Desktop：Anthropic的桌面应用，集成了多种MCP服务
• Cursor：基于AI的代码编辑器，通过MCP连接代码分析和版本控制等工具
• Microsoft Copilot：微软的AI助手，支持MCP协议连接企业内部系统

2. MCP客户端（Client）

MCP客户端是连接主机和服务器的桥梁，负责处理主机与特定服务器之间的通信。每个客户端维护与一个服务器的一对一连接关系。

客户端的主要职责：

• 连接管理：与服务器建立和维护连接
• 消息路由：在主机和服务器之间传递请求和响应
• 协议转换：将主机请求转换为符合MCP协议的格式
• 能力发现：发现并报告服务器提供的工具和资源
• 状态监控：监控服务器连接状态和健康度

客户端的一个核心特性是它与单个服务器的一对一关系，这种设计提高了系统的安全性和隔离性，防止一个服务器访问其他服务的数据。

客户端的工作流程：

1. 初始化：客户端启动并连接到指定服务器
2. 能力协商：与服务器交换支持的协议版本和功能
3. 工具发现：获取服务器提供的工具和资源列表
4. 请求处理：接收主机请求，转发给服务器，并将响应返回主机
5. 监控和重连：监控连接状态，在断开时尝试重新连接

3. MCP服务器（Server）

MCP服务器是实际功能的提供者，负责响应客户端请求并执行特定操作。服务器可以提供三类主要功能：工具、资源和提示。

服务器的主要职责：

• 工具提供：实现可执行的功能，如文件操作、数据查询、API调用等
• 资源访问：提供对只读数据的访问，如文档、数据库记录等
• 提示管理：提供预定义的指令模板，帮助模型更好地理解任务
• 执行操作：根据客户端请求执行具体操作并返回结果
• 安全控制：实施访问控制和权限验证

服务器的设计理念是"专注于做好一件事"，每个服务器通常专注于特定领域的功能，如文件系统服务器、数据库服务器或API集成服务器。

服务器提供的三类功能：

1. 工具（Tools）

   • 可执行操作的功能
   • 通常需要输入参数，并产生结果输出
   • 例如：文件读写、API调用、数学计算

2. 资源（Resources）

   • 只读的数据或信息
   • 通常用于提供上下文或背景知识
   • 例如：文档内容、数据库记录、日志数据

3. 提示（Prompts）

   • 预定义的指令模板
   • 帮助模型理解特定任务或领域
   • 例如：编码指南、查询模板、分析框架

MCP通信协议详解

MCP的核心是其标准化的通信协议，它定义了系统各组件之间如何交换信息。这种协议基于JSON-RPC 2.0，一种轻量级的远程过程调用协议。

协议层次结构

MCP协议可以分为