1) напрямую, если тот же домен, для ускорения картинки могут быть на сабдоменах, разок запросит и их ИП, хоть ИП часто одни и те же
2) это условность трактовки,
может, но лучше не париться. Строго говоря, отдавая только статику и проксируя остальные запросы - веб-сервер уже сервер приложений и есть
3) любые два их трех: Веб сервер - Сервер приложения- БД
опять же - это трактовка, БД - это не обязательно RDBMs, может быть и на файлах
4) за ДНС тут вообще забудь, а происходит AJAX
и вот полезный сайт на много вперед - ruhighload.com "мне бы в твои годы"