La base de datos distribuida de DNS está indexada por nombres de dominio. Cada nombre de dominio es esencialmente una trayectoria en un árbol invertido denominado espacio de nombres de dominio. La estructura jerárquica del árbol es similar a la estructura del sistema de ficheros UNIX. El árbol tiene una única raíz en el nivel superior llamada raíz (root). Cada nodo del árbol puede ramificarse en cualquier número de nodos de nivel inferior. La profundidad del árbol está limitada a 127 niveles.

Cada nodo en el árbol se identifica mediante una etiqueta no nula que puede contener hasta 63 caracteres, excepto el nodo raíz, identificado mediante una etiqueta nula. El nombre de dominio completo de cualquier nodo está formado por la secuencia de etiquetas que forman la trayectoria desde dicho nodo hasta la raíz, separando cada etiqueta de la siguiente mediante un punto. De esta forma, el nombre del nodo especifica de forma unívoca su localización en la jerarquía. A este nombre de dominio completo o absoluto se le conoce como nombre de dominio completamente cualificado o Fully Qualified Domain Name (FQDN). Al ser nula la etiqueta que identifica el nodo raíz, el FQDN de cualquier nodo del árbol siempre acaba con un punto. La única restricción que se impone en el árbol de nombres es que los nodos hijos del mismo padre tengan etiquetas diferentes.

En el esquema jerárquico de nombres DNS, se denomina dominio a cualquier subárbol del espacio de nombres de dominio. De esta forma, cada dominio puede contener, a su vez, otros dominios. Generalmente, los hosts están representados por las hojas del árbol, aunque es posible nombrar a un host con una etiqueta correspondiente a un nodo intermedio del árbol (en este caso, tendríamos un dominio y un nodo que se llaman igual).

La información sobre los nombres de dominio DNS se guarda mediante los denominados registros de recursos en los servidores DNS de la red. Concretamente, cada servidor DNS contiene los registros de recursos necesarios para responder a las consultas sobre la parte del espacio de nombres en la que tiene autoridad.

El estándar DNS no impone muchas reglas sobre las etiquetas de los nombres de dominio, ni tampoco asocia un significado determinado a las etiquetas de un determinado nivel del espacio de nombres. Cuando manejamos una parte de este espacio, podemos decidir el significado y la sintaxis de nuestros nombres de dominio. Sin embargo, en el espacio de nombres Internet existente, se ha impuesto una estructura de nombres bien definida, especialmente en los dominios de primer nivel.

Los dominios originales de primer nivel dividían originalmente el espacio de nombres de Internet en siete dominios: com, edu, gov, mil, net, org, e int. Posteriormente, para acomodar el crecimiento y la internacionalización de Internet, se reservaron nuevos dominios de primer nivel que hacían referencia a países individuales.

Actualmente, los dominios originales se denominan dominios de primer nivel genéricos y han surgido nuevos nombres que se ajustan a los tiempos que corren.

Es importante resaltar que el objetivo principal del diseño del sistema de nombres de dominio fue su administración descentralizada. Este objetivo se consigue a través de la delegación. La delegación de dominios funciona de forma parecida a la delegación de tareas en una organización. Un responsable de proyecto divide el proyecto en pequeñas tareas y asigna (delega) la responsabilidad de las mismas a diferentes empleados.

De la misma forma, una organización que administra un dominio puede dividirla en subdominios. Cada subdominio puede ser delegado a diferentes organizaciones, lo cual implica que esa organización será responsable de mantener los datos (registros de recursos) de ese subdominio. Esa organización puede libremente cambiar los datos e incluso volver a dividir el dominio delegado en subdominios y delegarlos. El dominio padre solamente contiene enlaces a los responsables del subdominio delegado, de forma que pueda hacer referencia a ellos cuando se le planteen consultas sobre nombres en dicho subdominio delegado.

Realmente, la subdivisión de un dominio en subdominios y la delegación de dichos subdominios son cosas distintas. En primer lugar, un dominio que tenga capacidad de autogestión (autoridad), siempre puede decidir subdividirse en diferentes subdominios, manteniendo él en principio la autoridad sobre todos ellos. Posteriormente, la organización que gestiona el dominio puede decidir además delegar la autoridad de algunos (o todos) sus subdominios en otras organizaciones. La delegación es una acción que siempre decide el dominio padre, y éste puede revocarla cuando desee, volviendo a retomar la autoridad sobre el subdominio que había delegado.

Como se ha dicho anteriormente, los programas que almacenan información sobre el espacio de nombres de dominio se denominan servidores de nombres. En virtud de la delegación mencionada anteriormente, cada servidor de nombres posee generalmente información completa sobre una parte contigua del espacio de nombres (generalmente un dominio, potencialmente dividido en subdominios). Dicha parte del espacio se denomina zona, y se dice que el servidor de nombres tiene autoridad sobre ella. En realidad, un mismo servidor de nombres puede tener autoridad sobre múltiples zonas, y obtiene la información que describe la zona (los registros de recursos) o bien de un fichero local o bien de otro servidor de nombres.

Entender la diferencia entre una zona y un dominio es importante. Todos los dominios de primer nivel, y la mayoría de dominios de segundo nivel, se dividen en unidades más pequeñas y manejables gracias a la delegación. Estas unidades se denominan zonas y contienen una serie de registros almacenados en un servidor. Sin embargo, las zonas no son dominios. Un dominio es un subárbol del espacio de nombres, mientras que una zona es una parte del espacio de nombres DNS que se almacena generalmente en un fichero y que puede contener informació sobre múltiples dominios.

DNS define dos tipos de servidores de nombres que mantienen informacion sobre el espacio de nombres: primarios (maestros) y secundarios (esclavos). Un servidor de nombres primario para una zona lee los datos de la zona desde un fichero que él mantiene. Un servidor de nombres secundario para una zona obtiene los datos de la zona desde otro servidor de nombres que es autoritario para la zona, llamado servidor maestro. Normalmente el servidor maestro es el servidor primario de la zona, pero esto no es un requisito ya que un servidor secundario puede cargar los datos desde otro secundario.

Cuando un servidor de nombres secundario se inicia, éste se pone en contacto con su servidor maestro y, si es necesario, inicia una transferencia de zona, es decir, una actualización de su información sobre la zona (ver “Transferencias de zona”). Además, periódicamente el servidor secundario contacta con el servidor maestro para ver si los datos de zona han cambiado. Tanto el servidor primario como el secundario poseen autoridad sobre la zona. Definir servidores secundarios proporciona tolerancia a errores y reduce la carga en el servidor primario de la zona.

Los clientes DNS utilizan bibliotecas llamadas solucionadores (resolvers) que efectúan las consultas DNS a los servidores en nombre del cliente.

Los servidores de nombres son los expertos en obtener información del espacio de nombres de dominio. Es decir, no solamente responden los datos referentes a las zonas sobre los que tienen autoridad, sino que pueden también buscar información a través del espacio de nombres de dominio para encontrar datos sobre los que no son autoritarios. A este proceso se le denomina resolución de nombres. Por ese motivo, existen servidores de nombres que no mantienen información sobre ninguna zona, y únicamente sirven para responder consultas de los clientes (resolvers) sobre cualquier dominio. Este tipo de servidores DNS se denomina cache only.

Ya que el espacio de nombres está estructurado como un árbol invertido, un servidor de nombres necesita únicamente los nombres de dominio y las direcciones de los servidores de nombres raíz para encontrar cualquier punto en el árbol. Los servidores raíz conocen dónde se encuentran los servidores de nombres con autoridad para los dominios de primer nivel. De hecho, la mayoría de servidores raíz son autoritarios para los dominios de primer nivel genéricos.

Cuando se solicita una consulta a cualquier nombre de dominio, los servidores raíz pueden al menos proporcionar los nombres y direcciones de los servidores de nombres autoritarios para el dominio de primer nivel al que pertenece el nombre de dominio buscado. Y los servidores de nombres de primer nivel pueden proporcionar la lista de servidores de nombres autoritarios para el dominio de segundo nivel al que pertenece el nombre de dominio buscado. De esta forma, cada servidor de nombres consultado va proporcionando la información más próxima a la respuesta buscada, o proporciona la propia respuesta.

Como conclusión hay que resaltar la importancia que tienen los servidores de nombres raíz en el proceso de resolución. Por esta razón, el sistema de nombres de dominio proporciona mecanismos de caché para ayudar a reducir la carga que supondría el proceso de resolución sobre los servidores raíz. Si todos los servidores raíz de Internet fallaran por un largo período de tiempo, toda la resolución en Internet fallaría. Para protegerse, Internet posee 13 servidores de nombres raíz repartidos por diferentes partes de la Red.