Os dois registros são retornados juntos na mesma solicitação. Você pode descobrir isso através do seguinte comando
dig +trace www.foo.com
Por exemplo, meu domínio photoblog.com tem um nome para www, então as duas últimas solicitações do servidor de nomes do photoblog para mim parecem
photoblog.com. 172800 IN NS ns1.photoblog.com.
photoblog.com. 172800 IN NS ns2.photoblog.com.
;; Received 103 bytes from 192.43.172.30#53(i.gtld-servers.net) in 196 ms
www.photoblog.com. 600 IN CNAME photoblog.com.
photoblog.com. 600 IN A 74.52.128.18
photoblog.com. 60 IN NS ns2.photoblog.com.
photoblog.com. 60 IN NS ns1.photoblog.com.
;; Received 133 bytes from 74.52.128.18#53(ns2.photoblog.com) in 59 ms
Como você pode ver o pedido pergunta ns1 / ns2 qual é o ip para www.photoblog.com e ele retorna bem é um cname para photoblog.com e aqui está o ip para aquele registro.