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Dateisysteme für Windows: FAT16, FAT32, NTFS und ReFS

Windows hat seine Dateisysteme im Laufe der Zeit geändert, doch in manchen Fällen eignen sich ältere Versionen besser. Wir erläutern ihre jeweiligen Stärken und Schwächen.

Windows-Betriebssysteme unterstützen seit vielen Jahren mehrere Dateisysteme. Darunter finden sich FAT16, FAT32, NTFS und das eher nur Serveradministratoren geläufige ReFS. Jedes dieser Systeme hat seine einzigartigen Fähigkeiten und spielt in bestimmten Anwendungsfällen seine Stärken aus.

Bei älteren Dateisystemen spricht das Alter nicht zwingend gegen die Verwendung. Vielmehr bestimmt das Einsatzfeld darüber, ob ein betagteres Dateisystem oder ein neueres die bessere Wahl ist.

FAT16

Ursprünglich einfach FAT genannt, hat FAT16 ihren Ursprung in den 1980er Jahren als Nachfahre der nur noch auf Disketten verwendeten FAT12. Das Akronym steht für File Allocation Table. Die 16 bezieht sich darauf, dass es sich um ein 16-Bit-Dateisystem handelt. Ursprünglich wurde das Dateisystem für Disketten entwickelt, als aber Festplatten verfügbar wurden, funktionierte es auch dafür ganz gut.

Das Alter von FAT16 sorgt für einige Eigenheiten. Aufgrund der Beschränkung auf 16 Bit kann sie nicht mehr als 65.526 Cluster abbilden. FAT16 unterstützt verschiedenste Clustergrößen, so wie die meisten Windows-Dateisysteme. Sie bewältigt Festplattengrößen von 16 MByte bis hin zu 2 GByte. Eine spätere Version des Dateisystems ermöglichte Festplatten bis zu 4 GByte Größe.

Das FAT16-Dateisystem fand sich auch auf den ersten verfügbaren SD-Speicherkarten (Secure Digital Car) als Standardformatierung. Denn es wird neben Windows auch von den Betriebssystemen Mac, Linux und OS/2 unterstützt.

FAT32

Mit der Version Windows 95 OEM Service Release 2 führte Windows ein neues Dateisystem namens FAT32 ein. Sie wies zwei wesentliche Verbesserungen gegenüber FAT16 auf: Als 32-Bit-Dateisystem konnte sie naturgemäß mit sehr viel größeren Festplatten umgehen als der Vorgänger. So kann FAT32 auf Datenträgern einer Größe von bis zu 16 TByte zugreifen. Das war eine Verbesserung selbst gegenüber der erweiterten Version von FAT16 um den Faktor 4.000.

Leider konnten Anwender diese Möglichkeiten nicht ausschöpfen, weil das Betriebssystem sie ausbremste. Windows XP schrieb zu diesem Zeitpunkt eine maximale FAT32-Laufwerksgröße von 32 GByte vor. Dasselbe galt für Windows Vista, Windows ME und Windows 2000: bei 32 GByte machte die Datenträgerverwaltung dicht.

Modernere Versionen wie Windows 10 unterstützen immerhin FAT32-Volumes von bis zu 2 TByte – das ist immer noch nur ein Achtel der vom Dateisystem adressierbaren Speicherplätze.

Die zweite wesentliche Neuerung von FAT32 gegenüber FAT16 ist die Erweiterung der Zeichenzahl von Dateinamen. Unter FAT16 waren Dateinamen auf das 8.3-Schema beschränkt – also maximal acht Zeichen für den Dateinamen und drei Zeichen für die Dateinamenerweiterung. FAT32 hingegen erlaubt Dateinamen mit bis zu 256 Zeichen Länge.

Die wesentlichste Einschränkung des Dateisystems FAT32 liegt darin, dass die maximale Dateigröße auf einem FAT32-Volume 4 GByte beträgt. Wer eine GoPro-Kamera hat, kennt das vielleicht: Weil moderne Speicherkarten mit FAT32 formatiert sind, zerlegt die Kamera längere Aufnahmen in mehrere Dateien von maximal 4 GByte Größe.

FAT32 wird wie FAT16 von vielen Betriebssystemen unterstützt – das ist ein klarer Vorteil. Deswegen ist FAT32 auch meist das Mittel der Wahl für die Fehlerkorrektur bei Problemen mit Flash-Laufwerken.

NTFS

Das NT-Dateisystem (New Technology File System, NTFS) kam 1993 als Bestandteil von Windows NT 3.1 auf den Markt. Natürlich wurde und wird es auch von Nachfolgeversionen von Windows wie Windows 2000, Windows XP, Windows 7, Windows 8 und Windows 10 unterstützt. NTFS ist das am weitesten verbreitete Dateisystem auf Windows Server und auf Windows-Desktop-Systemen.

Abbildung 1: NTFS ist das Standard-Dateisystem von Windows 10.
Abbildung 1: NTFS ist das Standard-Dateisystem von Windows 10.

Windows 10 verwendet standardmäßig NTFS, das anders als FAT16 und FAT32 ein Dateisystem nach dem Journaling-System ist. Dabei werden Transaktionen in einem Dateisystemjournal protokolliert. Das ermöglicht das Verwenden von Windows-Dienstprogramme wie CHKDSK, um Datenbeschädigungen reparieren zu können und das Dateisystem wieder in einen konsistenten Zustand zu versetzen.

Das Ziel bei der Einführung von NTFS war eine Verbesserung der Sicherheit. Anfangs war Windows NT das einzige Betriebssystem, das mit NTFS-Dateisystem formierte Datenträger auslesen konnte. Bereits damit konnten Angreifer gestoppt werden, selbst wenn sie physischen Zugriff auf den Datenträger selbst hatten. Inzwischen unterstützen jedoch viele Betriebssysteme NTFS-Datenträger.

Eine weitere Sicherheitsebene des NTFS-Systems sind die Dateisystemberechtigungen, die mit Windows NT eingeführt wurden. Windows 2000 brachte außerdem eine Aktualisierung von NTFS, um auch Verschlüsselungen direkt auf Dateisystemebene zu integrieren, die Microsoft mit dem Namen EFS (Encrypting File System) versehen hat. EFS verwendet symmetrische Multikey-Verschlüsselung für den Schutz von Dateisysteminhalten.

Im Laufe der Jahre haben sich die Kapazitätsbeschränkungen von NTFS deutlich verringert. Konnte die NTFS-Version in Windows NT theoretisch Datenträger bis zu 256 TByte nutzen, so wurde NTFS unter Windows 10 mit der Fähigkeit ausgestattet, acht Petabyte zu versorgen – ein Anstieg um den Faktor 32.

ReFS

ReFS steht für Resilient File System und kam ab Windows Server 2012 und Windows 8 zum Einsatz. ReFS basiert auf NTFS und soll dessen Fähigkeiten ergänzen. Es verwendet Integritäts-Streams und eine Allocate-on-Write-Technologie, um die Daten auf dem Laufwerk zu erhalten.

ReFS bietet auch eine proaktive Fehlerkorrektur, indem es einen eingebauten, Mechanismus namens Scrubber verwendet, um Datenkorruption zu bemerken und automatisch zu beheben. Mit einem von Microsoft bereitgestellten Tool namens ReFSUtil zur Wiederherstellung von Daten von beschädigten ReFS-formatierten Volumes lassen sich auch die gefundenen Dateien auf einen anderen Datenträger kopieren.

Gegenüber NTFS bietet ReFS nochmals eine erhebliche Steigerung der Kapazität: Die theoretische Grenze für die Größe von Datenträgern liegt bei einem Yottabyte, was etwa einer Billion TByte entspricht. Dateien dürfen dabei bis zu 16 Exabyte groß sein, was etwa 16 Millionen TByte entspricht. Das dürften auf einige Zeit ausreichende Größen sein.

Anfangs fehlten in ReFS noch beliebte Funktionen von NTFS wie native Verschlüsselung und Deduplizierung. Mit Windows Server Version 1709 fand die Deduplizierung jedoch wieder Einzug in das heute modernste Windows-Dateisystem. Komprimierung oder Verschlüsselung auf Dateisystemebene fehlen der Technologie jedoch bis heute. Und auch zum Booten eines Laufwerks kann ReFS nicht verwendet werden. ReFS eignet sich vor allem in Anwendungsfällen, bei denen große Dateien oder große Datenmengen gemanaged werden müssen, zum Beispiel für Big Data, aber auch Video- und Bildspeicher.

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