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Überblick über die Dateisysteme FAT16, FAT32, NTFS und ReFS
Für Windows gibt es verschiedene Dateisysteme, aber je nach Anwendungsfall ist die neueste Version nicht unbedingt die beste Wahl. Der Beitrag gibt einen Überblick über die Systeme.
Windows-Betriebssysteme unterstützen seit vielen Jahren verschiedene Dateisysteme. Dazu gehören FAT16, FAT32, NTFS und das nur Serveradministratoren bekannte ReFS. Jedes dieser Systeme hat seine spezifischen Fähigkeiten und spielt in bestimmten Anwendungsfällen seine Stärken aus.
Bei älteren Dateisystemen spricht das Alter nicht unbedingt gegen den Einsatz. Vielmehr entscheidet das Einsatzgebiet, ob ein älteres oder ein neueres Dateisystem die bessere Wahl ist.
Was ist FAT16?
Ursprünglich einfach FAT genannt, entstand FAT16 in den 1980er Jahren als Nachkomme von FAT12, das nur noch auf Disketten verwendet wird. Die Abkürzung steht für File Allocation Table. Die 16 weist darauf hin, dass es sich um ein 16-Bit-Dateisystem handelt. Ursprünglich wurde das Dateisystem für Disketten entwickelt, aber als Festplatten verfügbar wurden, funktionierte es auch dort recht gut.
Das Alter von FAT16 bringt einige Besonderheiten mit sich. Aufgrund der Beschränkung auf 16 Bit kann es nicht mehr als 65.526 Cluster darstellen. FAT16 unterstützt verschiedene Cluster-Größen, wie die meisten Windows-Dateisysteme. Es kann mit Festplattengrößen von 16 Mbyte bis zu zwei GByte umgehen. Eine spätere Version des Dateisystems erlaubte Festplattengrößen von bis zu vier GByte.
Das FAT16-Dateisystem war auch auf den ersten verfügbaren SD-Speicherkarten (Secure Digital Card) als Standardformatierung zu finden. Es wird neben Windows auch von den Betriebssystemen Mac, Linux und OS/2 unterstützt.
Was ist FAT32?
Mit der Version Windows 95 OEM Service Release 1 führte Windows ein neues Dateisystem namens FAT32 ein. Es wies gegenüber FAT16 zwei wesentliche Verbesserungen auf: Als 32-Bit-Dateisystem konnte es naturgemäß mit wesentlich größeren Festplatten umgehen als sein Vorgänger. So kann FAT32 auf Datenträger mit einer Größe von bis zu 16 TByte zugreifen. Das war selbst gegenüber der erweiterten Version von FAT16 eine Verbesserung um den Faktor 4.000.
Leider konnten die Anwender diese Möglichkeiten nicht nutzen, weil das Betriebssystem sie ausbremste. Windows XP schrieb damals eine maximale FAT32-Laufwerksgröße von 32 GByte vor. Gleiches galt für Windows Vista, Windows ME und Windows 2000: Bei 32 GByte war Schluss mit der Datenträgerverwaltung.
Modernere Versionen wie Windows 10 unterstützen immerhin FAT32-Volumes bis zu zwei TByte – das ist immer noch nur ein Achtel des vom Dateisystem adressierbaren Speicherplatzes.
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.
Die wichtigste Einschränkung des FAT32-Dateisystems ist, dass die maximale Dateigröße auf einem FAT32-Volume vier GByte beträgt. Wer eine GoPro-Kamera besitzt, kennt das vielleicht: Da moderne Speicherkarten mit FAT32 formatiert sind, zerlegt die Kamera längere Aufnahmen in mehrere Dateien von maximal vier GByte Größe.
FAT32 wird wie FAT16 von vielen Betriebssystemen unterstützt – ein klarer Vorteil. Deshalb ist FAT32 auch meist das Mittel der Wahl, wenn es um die Fehlerkorrektur bei Problemen von Flashspeichern geht.
Was ist NTFS?
Das NT-Dateisystem (New Technology File System, NTFS) wurde 1993 als Bestandteil von Windows NT 3.1 eingeführt. Selbstverständlich wurde und wird es auch von den nachfolgenden Windows-Versionen wie Windows 2000, Windows XP, Windows 7, Windows 8, Windows 10 und Windows 11 unterstützt. NTFS ist das am weitesten verbreitete Dateisystem auf Windows-Servern und Windows-Desktop-Systemen.
Windows 10 verwendet standardmäßig NTFS, das im Gegensatz zu FAT16 und FAT32 ein Journaling-Dateisystem ist. Dabei werden Transaktionen in einem Dateisystemjournal protokolliert. Das ermöglicht den Einsatz von Windows-Dienstprogrammen wie CHKDSK, um Datenbeschädigungen zu reparieren und das Dateisystem wieder in einen konsistenten Zustand zu versetzen.
Ziel der Einführung von NTFS war die Verbesserung der Sicherheit. Anfangs war Windows NT das einzige Betriebssystem, das Datenträger mit dem NTFS-Dateisystem lesen konnte. Damit konnten Angreifer bereits gestoppt werden, selbst wenn sie physischen Zugriff auf den Datenträger selbst hatten. Mittlerweile unterstützen jedoch viele Betriebssysteme NTFS-Datenträger.
Eine weitere Sicherheitsebene des NTFS-Systems sind die Dateisystemberechtigungen, die mit Windows NT eingeführt wurden. Mit Windows 2000 wurde NTFS um eine Verschlüsselung direkt auf Dateisystemebene erweitert, die von Microsoft als EFS (Encrypting File System) bezeichnet wird. EFS verwendet symmetrische Verschlüsselung mit mehreren Schlüsseln, um Dateisysteminhalte zu schützen.
Im Laufe der Jahre haben sich die Kapazitätsbeschränkungen von NTFS deutlich verringert. Während die NTFS-Version unter Windows NT theoretisch Datenträger von bis zu 256 TByte nutzen konnte, wurde NTFS unter Windows 10 mit einer Kapazität von acht Petabyte ausgestattet – eine Steigerung um den Faktor 32.
Was ist ReFS?
ReFS steht für Resilient File System und wird ab Windows Server 2012 und Windows 8 verwendet. 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 erkennen und automatisch zu korrigieren. Ein von Microsoft zur Verfügung gestelltes Werkzeug namens ReFSUtil zur Wiederherstellung von Daten auf beschädigten ReFS-formatierten Datenträgern ermöglicht auch das Kopieren der gefundenen Dateien auf einen anderen Datenträger.
Gegenüber NTFS bietet ReFS noch einmal eine erhebliche Kapazitätssteigerung: Die theoretische Grenze für die Größe von Datenträgern liegt bei einem Yottabyte, was etwa einer Billion TByte entspricht. Dateien können bis zu 16 Exabyte groß sein, was etwa 16 Millionen TByte entspricht. Diese Größen sollten für einige Zeit ausreichen.
Anfangs fehlten 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 jedoch bis heute. Auch kann ReFS nicht zum Booten eines Laufwerks verwendet werden. ReFS eignet sich vor allem für Anwendungsfälle, bei denen große Dateien beziehungsweise große Datenmengen verwalten werden müssen, zum Beispiel Big Data, aber auch Video- und Bildspeicherung.
