สถาปัตยกรรมบัสของขั้วต่อ USB เป็นแบบหลายชั้น

ระบบแอปพลิเคชันตัวเชื่อมต่อ USB ทั่วไปประกอบด้วยโฮสต์ USB อุปกรณ์ USB และสายเคเบิล USBในระบบบัส USB อุปกรณ์ภายนอกโดยทั่วไปจะรวมเป็นอุปกรณ์ USB ซึ่งส่วนใหญ่ทำหน้าที่เฉพาะให้สมบูรณ์ เช่น ดิสก์ U ที่ใช้กันทั่วไป ฮาร์ดดิสก์มือถือ เมาส์ คีย์บอร์ด ตัวควบคุมเกม ฯลฯ โฮสต์ USB เป็นหลักของระบบ และมีหน้าที่ควบคุมและประมวลผลข้อมูลในกระบวนการสื่อสารผ่าน USBในระหว่างการส่งขั้วต่อ USB การรับส่งข้อมูลจากโฮสต์ USB ไปยังอุปกรณ์ USB เรียกว่าการสื่อสารดาวน์สตรีม และการรับส่งข้อมูลจากอุปกรณ์ USB ไปยังโฮสต์ USB เรียกว่าการสื่อสารอัปสตรีม

เช่นเดียวกับการออกแบบโครงสร้างแบบเลเยอร์ของอีเธอร์เน็ต ระบบบัสของตัวเชื่อมต่อ USB ก็มีโครงสร้างแบบเลเยอร์ที่ชัดเจนเช่นกันนั่นคือระบบแอปพลิเคชัน USB ที่สมบูรณ์สามารถแบ่งออกเป็นเลเยอร์ฟังก์ชัน เลเยอร์อุปกรณ์ และเลเยอร์อินเทอร์เฟซบัส

1. เลเยอร์ฟังก์ชันเลเยอร์ฟังก์ชันมีหน้าที่หลักในการส่งข้อมูลระหว่างโฮสต์ USB และอุปกรณ์ในระบบแอปพลิเคชันตัวเชื่อมต่อ USB ซึ่งประกอบด้วยหน่วยฟังก์ชันของอุปกรณ์ USB และโปรแกรมโฮสต์ USB ที่เกี่ยวข้องเลเยอร์การทำงานมีการส่งข้อมูลสี่ประเภท รวมถึงการถ่ายโอนการควบคุม การถ่ายโอนจำนวนมาก การถ่ายโอนแบบขัดจังหวะ และการถ่ายโอนแบบ Isochronous

2.ชั้นอุปกรณ์ในระบบตัวเชื่อมต่อ USB เลเยอร์อุปกรณ์มีหน้าที่จัดการอุปกรณ์ USB กำหนดที่อยู่ของอุปกรณ์ USB และการรับตัวอธิบายอุปกรณ์การทำงานของเลเยอร์อุปกรณ์ต้องการการสนับสนุนไดรเวอร์ อุปกรณ์ USB และโฮสต์ USBในเลเยอร์อุปกรณ์ ไดรเวอร์ USB สามารถรับความสามารถของอุปกรณ์ USB ได้

3. เลเยอร์อินเตอร์เฟสบัสเลเยอร์อินเทอร์เฟซบัสรับรู้จังหวะการส่งข้อมูล USB ในระบบตัวเชื่อมต่อ USBการส่งข้อมูลบัส USB ใช้การเข้ารหัส NRZI ซึ่งเป็นการย้อนกลับแบบไม่กลับไปเป็นการเข้ารหัสเป็นศูนย์ในเลเยอร์อินเทอร์เฟซบัสของตัวเชื่อมต่อ USB ตัวควบคุม USB จะดำเนินการเข้ารหัสหรือถอดรหัส NRZI โดยอัตโนมัติเพื่อให้กระบวนการส่งข้อมูลเสร็จสมบูรณ์โดยปกติแล้วเลเยอร์อินเทอร์เฟซบัสจะเสร็จสมบูรณ์โดยอัตโนมัติโดยฮาร์ดแวร์อินเทอร์เฟซ USB