理解MCP 通信机制

一、MCP通信机制全景透视

1. 客户端-服务器架构（Host-Client-Server三级结构）

MCP核心遵循客户端-服务器架构，其中主机应用程序（MCP client）可以连接到多个服务器(MCP Server)：

2. 分层设计哲学：协议层与传输层

MCP 在通信机制的设计上，将协议层（**Protocol layer）**与传输层（**Transport layer）**解耦

• Protocol layer： 协议层定义通信逻辑与消息语义，负责管理交互模式、消息关联性及生命周期。其核心在于标准化AI系统与资源的对话规则
• Transport layer： 传输层负责客户端与服务器之间的物理通信机制，专注于数据包的实际传输。其核心目标是屏蔽底层传输方式的差异，为上层协议提供统一的数据交换接口

协议层依赖传输层提供的原始字节流，通过JSON-RPC封装为结构化消息，传输层可替换（如从Stdio切换为HTTP-SSE），而协议层逻辑保持不变，实现跨环境复用

通过这种分层设计，MCP既保证了通信的灵活性（如本地/云端场景切换），又实现了语义的统一性（如跨工具的标准请求格式），成为AI系统与数字世界交互的“通用插座”

二、Protocol 层简介

协议层负责消息封装、请求和响应的关联、高级通信模式的管理。

就具体实现而言，就是实现了下面四个接口：

• 发送请求
• 发送通知
• 接收请求
• 接收通知

以 Python 为例：

class Session(BaseSession[RequestT, NotificationT, ResultT]):
    asyncdef send_request(
        self,
        request: RequestT,
        result_type: type[Result]
    ) -> Result:
        """Send request and wait for response. Raises McpError if response contains error."""
        # Request handling implementation

    asyncdef send_notification(
        self,
        notification: NotificationT
    ) -> None:
        """Send one-way notification that doesn't expect response."""
        # Notification handling implementation

    asyncdef _received_request(
        self,
        responder: RequestResponder[ReceiveRequestT, ResultT]
    ) -> None:
        """Handle incoming request from other side."""
        # Request handling implementation

    asyncdef _received_notification(
        self,
        notification: ReceiveNotificationT
    ) -> None:
        """Handle incoming notification from other side."""
        # Notification handling implementation

三、Transport 层简介

MCP 的 Transport layer 负责处理 MCP Client 和 MCP Server 的底层通信，它决定了消息如何发送和接收。

All transports use JSON-RPC 2.0 to exchange messages.

MCP 的 Transport layer 采用 JSON-RPC 2.0 协议 来传输数据，并且支持两种传输模式：

• stdio：
  • 基于标准输入/输出流（stdio）
  • 适用于本地进程间通信（如IDE插件与本地服务的交互）
• HTTP-SSE：
  • 客户端→服务端：通过HTTP POST发送请求
  • 服务端→客户端：使用Server-Sent Events（SSE）实现服务端推送（如云端API调用）
  • 满足真实的使用场景

消息格式与 JSON-RPC 2.0

MCP 使用 JSON-RPC 2.0 协议 作为传输数据的格式。 ****MCP 的传输层（Transports）负责处理底层通信细节，具体包括：

• 编码转换： 将 MCP 协议消息（如请求或响应）转换为符合 JSON-RPC 2.0 格式的消息，以便通过 HTTP、WebSocket 等传输协议发送。
• 解码转换： 将接收到的 JSON-RPC 消息解析并还原为 MCP 协议消息，供客户端或服务器处理。

传输层的转换过程确保了 MCP 协议的抽象性与传输无关性，即 MCP 可灵活适配多种传输方式而不影响其核心逻辑。

三种主要的消息类型

MCP 定义了三种主要的消息类型

Request

{
  jsonrpc: "2.0",
  id: number | string,
  method: string,
  params?: object
}

Response

{
  jsonrpc: "2.0",
  id: number | string,
  result?: object,
  error?: {
    code: number,
    message: string,
    data?: unknown
  }
}

Notifications

{
  jsonrpc: "2.0",
  method: string,
  params?: object
}

Stdio 模式： 本地交互的“极简之道”

模式简介

stdio模式是MCP协议定义的两种标准传输机制之一，采用同步阻塞模型进行通信。该模式通过操作系统的管道机制实现数据交换，主要面向本地批处理任务或简单工具调用场景。其优势在于实现简单、低延迟且无需网络配置，但仅限本地使用，不支持分布式部署。

核心思想：

MCP Server 作为 MCP Client 的一个子进程启动，通过进程的标准输入（stdin）和标准输出（stdout）传输数据，客户端和服务端通过管道（Pipe）或文件描述符直接交换信息。

工作机制

1. 进程管理机制。
   1. 客户端将MCP服务端作为子进程启动，通过fork/exec等系统调用建立进程间通信管道
   2. 服务端运行期间，客户端负责监控进程状态并处理异常终止。
2. 消息传输规范
   1. 使用UTF-8编码的JSON-RPC 2.0格式
   2. 消息以换行符\n分隔，且禁止包含嵌入换行符
   3. 严格区分标准输出(stdout)与标准错误(stderr)，前者仅传输协议消息，后者用于日志输出
3. 错误处理机制
   1. 服务端通过stderr输出日志信息，客户端可选择捕获、转发或忽略这些日志。若检测到非法消息格式，通信双方应立即终止连接。

交互流程

适用场景

• 构建命令行工具
• 本地集成
• 简单的进程通信
• 与 Shell 脚本一起工作

SSE模式：远程通信的“流式革命”

模式简介

SSE（Server-Sent Events）是MCP协议中基于HTTP协议实现的远程传输模式，通过HTTP长连接实现服务端到客户端的实时单向数据推送，配合HTTP POST完成双向通信。该模式主要解决AI应用场景中对话式会话状态保持、流式输出等需求，适用于需要远程访问或实时数据推送的场景，如云服务调用、多客户端监控等。

工作机制

SSE 模式通过 两个独立通道 实现双向通信：

1. SSE 通道（服务器→客户端）
   • 客户端通过 HTTP GET 请求建立长连接（如 /sse 端点），接收服务器推送的 JSON-RPC 格式事件流。
   • 数据以 text/event-stream 格式传输，支持自动重连机制。
2. HTTP POST 通道（客户端→服务器）
   • 客户端通过向指定端点（如 /messages）发送 JSON-RPC 请求，触发服务器执行操作（如调用工具、查询资源）。
   • 请求与响应通过 会话 ID（session_id） 和 请求 ID（request_id） 关联，确保异步处理的准确性。

关键特性：

• 伪双工通信：通过分离的 HTTP 请求和 SSE 流模拟双向交互，而非 WebSocket 的单一全双工通道。
• 无状态与异步：服务器接收 POST 请求后立即返回 202 状态码（仅确认接收），处理结果通过 SSE 流异步返回。

交互流程

以下为一次完整会话的步骤（以调用远程工具为例）：

连接建立

• 客户端向 /sse 发送 GET 请求，建立 SSE 长连接。
• 服务端生成唯一 session_id 并通过 SSE 流推送至客户端。

请求发送

• 客户端构造 JSON-RPC 请求（包含 method、params、request_id），通过 HTTP POST 发送至 /messages 端点，并在 Header 中携带 session_id。
• 示例请求格式： { "jsonrpc": "2.0", "id": 1, "method": "get_weather", "params": { "city": "北京" } }

服务端处理

• 服务端返回 HTTP 202（Accepted），仅表示请求已接收，不包含处理结果。
• 异步执行请求（如调用天气查询工具），完成后将结果封装为 JSON-RPC 响应，通过 SSE 通道推送。

结果推送与匹配

{
  "jsonrpc": "2.0",
  "id": 1,
  "result": {
    "temperature": 25,
    "humidity": "60%"
  }
}

• 客户端根据 request_id 将响应与原始请求关联。
• 服务端通过 SSE 流发送响应，包含与请求匹配的 request_id：

连接终止

• 客户端主动关闭 SSE 连接，或服务端在空闲超时后终止会话。

应用场景

• 实时监控 AI 工具调用进度（如长文本生成）。
• 多客户端共享远程资源（如集中式数据库查询服务）。
• 浏览器兼容性要求高的实时交互应用（如 Web 端 AI 助手）。