模型上下文协议 (MCP) 入门
1. Model Context Protocol (MCP) 的概念和目的
可以把 MCP 想象成一个“通用翻译器”，让不同的 AI 应用和数据源可以互相理解。
MCP 是一种协议，用于标准化 LLM 应用的上下文。
简单来说，MCP 就像一种“共同语言”，它定义了一套规则，让各种大型语言模型（LLM，比如 GPT-4）的应用能够以统一的方式获取和使用上下文信息。
理解为什么需要标准化 LLM 应用的上下文。
如果没有 MCP 这样的标准，每个 LLM 应用都需要自己去理解各种不同的数据格式和接口，这会非常麻烦。有了 MCP，开发者就可以专注于应用本身的逻辑，而不用操心如何与各种数据源对接。
将 MCP 视为 AI 应用的“USB-C 接口”的比喻意义。
USB-C 接口让你可以用同一根线连接各种设备，而 MCP 就像 AI 领域的 USB-C。它提供了一个标准化的接口，让 LLM 应用可以轻松连接到不同的数据源、工具和服务，而不需要为每一种连接方式编写特定的代码。
2. MCP 的优势
MCP 的优势主要体现在集成、灵活性和安全性上。
集成能力：了解 MCP 如何简化 LLM 与不同数据源和工具的集成。
MCP 提供了一套标准化的方法，让 LLM 应用可以轻松地与各种数据源（例如文件系统、数据库）和工具集成。这意味着开发者可以更快地构建功能丰富的 AI 应用。
相关代码示例：演示如何使用 MCP 连接到不同的数据源（例如，文件系统、数据库）。
虽然完整的代码示例会比较复杂，但我们可以用伪代码来演示这个概念：
// 假设我们有一个 MCP 服务器，它可以访问本地文件系统
mcpServer.registerDataSource("fileSystem", fileSystemDataSource);
// 客户端可以通过 MCP 协议请求访问文件
client.request({
method: "fileSystem.readFile",
params: {
path: "/path/to/my/file.txt"
}
}).then(response => {
// 处理文件内容
console.log(response.content);
});
// 类似地，我们可以连接到数据库
mcpServer.registerDataSource("database", databaseDataSource);
// 客户端请求查询数据库
client.request({
method: "database.query",
params: {
query: "SELECT * FROM users WHERE id = 123"
}
}).then(response => {
// 处理数据库查询结果
console.log(response.results);
});这段代码展示了如何通过 MCP 客户端向服务器发送请求，访问文件系统和数据库。服务器会将这些数据源注册到 MCP 中，客户端就可以通过标准化的方式来访问它们。
LLM 提供商的灵活性：了解 MCP 如何允许在不同的 LLM 提供商之间切换。
由于 MCP 提供了一个标准化的接口，你可以轻松地切换不同的 LLM 提供商，而不需要修改大量的代码。这让你在选择 LLM 服务时有了更大的灵活性。
相关代码示例：如何配置 MCP 以使用不同的 LLM 服务（例如，OpenAI, Azure OpenAI）。
同样，我们可以用伪代码来演示：
// 假设我们有一个 MCP 客户端，它需要使用 LLM 服务
mcpClient.setLLMProvider("OpenAI", {
apiKey: "YOUR_OPENAI_API_KEY"
});
// 稍后，如果想切换到 Azure OpenAI
mcpClient.setLLMProvider("AzureOpenAI", {
apiKey: "YOUR_AZURE_OPENAI_API_KEY",
endpoint: "YOUR_AZURE_OPENAI_ENDPOINT"
});
// 现在，客户端可以使用新的 LLM 服务了，而不需要修改其他的代码
mcpClient.sendMessage("Hello, how are you?").then(response => {
console.log(response.text);
});这段代码展示了如何通过配置 MCP 客户端来切换不同的 LLM 服务。关键在于，客户端的代码不需要修改，只需要修改配置即可。
数据安全最佳实践：了解 MCP 如何提供数据安全保障。
MCP 包含了一系列安全机制，例如身份验证、授权和数据加密，以确保你的数据在传输和使用过程中的安全。
相关知识点：MCP 中涉及的身份验证、授权和数据加密机制。
身份验证： 验证客户端和服务器的身份，确保只有授权的用户才能访问数据。
授权： 确定用户是否有权限访问特定的数据或执行特定的操作。
数据加密： 对数据进行加密，防止在传输过程中被窃取或篡改。
3. MCP 的架构
理解 MCP 的架构，就是理解它的各个组成部分以及它们之间的关系。
MCP 主机（Hosts）：了解 MCP 主机的概念，例如 Claude Desktop、IDE 或 AI 工具。
MCP 主机是使用 MCP 协议的应用程序。例如，Claude Desktop 这样的 AI 工具，或者集成 AI 功能的 IDE，都可以作为 MCP 主机。
MCP 客户端（Clients）：了解 MCP 客户端的角色，以及它们如何与服务器建立连接。
MCP 客户端是主机内部的一个组件，它负责与 MCP 服务器建立和维护连接，并发送请求和接收响应。
MCP 服务器（Servers）：了解 MCP 服务器的角色，以及它们如何暴露特定的功能。
MCP 服务器是提供数据、工具和服务的应用程序。它可以访问本地数据源、远程服务，并将其暴露给 MCP 客户端使用。
相关代码示例：实现一个简单的 MCP 服务器，用于提供上下文信息。
import { Server } from "@modelcontextprotocol/sdk/server/index.js";
import { StdioServerTransport } from "@modelcontextprotocol/sdk/server/stdio.js";
const server = new Server({
name: "example-server",
version: "1.0.0"
}, {
capabilities: {
resources: {}
}
});
// 处理请求
server.setRequestHandler(ListResourcesRequestSchema, async () => {
return {
resources: [
{
uri: "example://resource",
name: "Example Resource"
}
]
};
});
// 连接传输
const transport = new StdioServerTransport();
await server.connect(transport);这段代码展示了一个简单的 MCP 服务器，它使用 StdioServerTransport 进行通信，并提供了一个 ListResourcesRequestSchema 请求处理程序。
本地数据源：了解 MCP 如何安全地访问本地数据源，例如文件和数据库。
MCP 服务器可以配置为访问本地数据源，例如文件系统和数据库。为了保证安全性，MCP 会使用身份验证、授权和数据加密等机制。
远程服务：了解 MCP 如何连接到外部服务（例如，通过 API）。
MCP 服务器还可以连接到外部服务，例如通过 API。这使得 LLM 应用可以访问更广泛的数据和功能。
相关代码示例：通过 MCP 服务器调用外部 API。
// 假设我们有一个 MCP 服务器，它可以调用外部 API
server.setRequestHandler(CallExternalAPIRequestSchema, async (request) => {
const { url, method, headers, body } = request.params;
// 使用 fetch API 调用外部服务
const response = await fetch(url, {
method: method,
headers: headers,
body: body
});
const data = await response.json();
return {
result: data
};
});这段代码展示了如何通过 MCP 服务器调用外部 API。客户端可以发送 CallExternalAPIRequestSchema 请求，服务器会使用 fetch API 调用外部服务，并将结果返回给客户端。
4. MCP 的核心架构组件
MCP 的核心架构组件包括协议层、传输层和消息类型。
协议层（Protocol Layer）：
协议层负责处理消息的格式化、请求和响应的关联，以及高级通信模式。
相关代码示例：使用 TypeScript 或 Python 演示
Protocol类及其setRequestHandler,setNotificationHandler,request,notification方法。
TypeScript:
class Protocol<Request, Notification, Result> {
// 处理传入的请求
setRequestHandler<T>(schema: T, handler: (request: T, extra: RequestHandlerExtra) => Promise<Result>): void {
// ... 实现
}
// 处理传入的通知
setNotificationHandler<T>(schema: T, handler: (notification: T) => Promise<void>): void {
// ... 实现
}
// 发送请求并等待响应
request<T>(request: Request, schema: T, options?: RequestOptions): Promise<T> {
// ... 实现
return Promise.resolve({} as T);
}
// 发送单向通知
notification(notification: Notification): Promise<void> {
// ... 实现
return Promise.resolve();
}
}这个 Protocol 类定义了 MCP 协议的核心接口。setRequestHandler 用于注册请求处理程序，setNotificationHandler 用于注册通知处理程序，request 用于发送请求并等待响应，notification 用于发送单向通知。
传输层（Transport Layer）：
传输层负责客户端和服务器之间的实际通信。MCP 支持多种传输机制，包括 Stdio 传输和 HTTP with SSE 传输。
相关知识点：了解 Stdio 传输和 HTTP with SSE 传输。
Stdio 传输： 使用标准输入/输出进行通信，适用于本地进程。
HTTP with SSE 传输： 使用 Server-Sent Events (SSE) 进行服务器到客户端的消息传递，使用 HTTP POST 进行客户端到服务器的消息传递。
相关代码示例：演示如何配置和使用 StdioServerTransport。
import { StdioServerTransport } from "@modelcontextprotocol/sdk/server/stdio.js";
const transport = new StdioServerTransport();
await server.connect(transport);这段代码展示了如何创建一个 StdioServerTransport 实例，并将其连接到 MCP 服务器。
相关知识点：了解 JSON-RPC 2.0 消息格式。
所有传输都使用 JSON-RPC 2.0 协议来交换消息。JSON-RPC 是一种轻量级的远程过程调用协议，它使用 JSON 作为数据格式。
消息类型：
MCP 定义了四种主要的消息类型：Request, Result, Error, Notification。
相关知识点：理解 Request, Result, Error, Notification 消息类型。
Request： 客户端向服务器发送的请求，期望服务器返回响应。
Result： 服务器对请求的成功响应。
Error： 服务器对请求的失败响应。
Notification： 客户端或服务器发送的单向消息，不需要对方返回响应。
相关代码示例：演示如何创建和处理不同类型的消息。
// Request
const request = {
method: "example.method",
params: {
arg1: "value1",
arg2: "value2"
}
};
// Result
const result = {
result: "Operation successful"
};
// Error
const error = {
code: -32000,
message: "Operation failed",
data: {
details: "Invalid argument"
}
};
// Notification
const notification = {
method: "example.notification",
params: {
message: "Hello, world!"
}
};这段代码展示了如何创建不同类型的 MCP 消息。
5. MCP 的连接生命周期
MCP 的连接生命周期包括初始化、消息交换和终止三个阶段。
初始化（Initialization）：客户端如何发送
initialize请求，服务器如何响应，以及initialized通知。
客户端发送
initialize请求，其中包含协议版本和功能。服务器响应，其中包含其协议版本和功能。
客户端发送
initialized通知作为确认。正常的message交换开始
消息交换（Message Exchange）：请求-响应模式和通知模式。
请求-响应模式： 客户端或服务器发送请求，对方返回响应。
通知模式： 客户端或服务器发送单向消息，不需要对方返回响应。
终止（Termination）：如何通过
close()方法、传输断开或错误条件来终止连接。
close()方法： 客户端或服务器可以调用close()方法来关闭连接。传输断开： 如果传输连接断开，连接也会终止。
错误条件： 如果发生错误，连接可能会终止。
6. MCP 的错误处理
MCP 的错误处理机制可以帮助你更好地调试和管理你的应用程序。
标准 JSON-RPC 错误代码。
MCP 使用标准 JSON-RPC 错误代码来表示常见的错误类型。
相关代码示例：演示如何使用
ErrorCode枚举。
enum ErrorCode {
// 标准 JSON-RPC 错误代码
ParseError = -32700,
InvalidRequest = -32600,
MethodNotFound = -32601,
InvalidParams = -32602,
InternalError = -32603
}
const error = {
code: ErrorCode.MethodNotFound,
message: "Method not found"
};这段代码展示了如何使用 ErrorCode 枚举来创建一个表示 "Method not found" 错误的 JSON-RPC 错误对象。
错误传播机制：错误响应、传输错误事件和协议级错误处理程序。
错误响应： 服务器可以通过错误响应来向客户端报告错误。
传输错误事件： 传输层可以触发错误事件来通知客户端或服务器发生了错误。
协议级错误处理程序： 客户端和服务器可以注册协议级错误处理程序来处理错误。
7. MCP 的安全考虑
安全性是 MCP 设计中非常重要的一部分。
传输安全：TLS 的使用，连接来源的验证，身份验证的实现。
TLS 的使用： 使用 TLS 加密传输数据，防止数据被窃取或篡改。
连接来源的验证： 验证连接的来源，防止恶意客户端连接到服务器。
身份验证的实现： 使用身份验证机制来验证客户端和服务器的身份，确保只有授权的用户才能访问数据。
消息验证：输入验证，输入消毒，消息大小限制，JSON-RPC 格式验证。
输入验证： 验证所有输入数据，确保其符合预期的格式和类型。
输入消毒： 对所有输入数据进行消毒，防止恶意代码注入。
消息大小限制： 限制消息的大小，防止拒绝服务攻击。
JSON-RPC 格式验证： 验证所有消息是否符合 JSON-RPC 格式。
资源保护：访问控制，资源路径验证，资源使用监控，请求速率限制。
访问控制： 实施访问控制策略，确保只有授权的用户才能访问特定的资源。
资源路径验证： 验证所有资源路径，确保其指向有效的资源。
资源使用监控： 监控资源的使用情况，防止资源耗尽。
请求速率限制： 限制客户端的请求速率，防止拒绝服务攻击。
错误处理：避免泄露敏感信息，记录安全相关的错误，实现适当的清理，处理 DoS 场景。
避免泄露敏感信息： 在错误消息中避免泄露敏感信息。
记录安全相关的错误： 记录所有安全相关的错误，以便进行审计和分析。
实现适当的清理： 在发生错误时，清理所有资源，防止资源泄漏。
处理 DoS 场景： 实施防御机制，防止拒绝服务攻击。
