Dateisysteme erklärt - FAT, exFAT und NTFS

Die Technik der Dateisysteme

von Stefan Kuhn - 10.08.2011
Aus technischer Sicht ist das New Technology File System, kurz NTFS, dem FAT-Dateisystem in allen Belangen weit überlegen.

FAT- und NTFS-Versionen

Das FAT-Dateisystem wurde 1980 eingeführt. Die FAT12 genannte Urversion wurde 1983 durch FAT16 ergänzt, das vor allem größere Festplatten unterstützt. FAT16 ist auf MP3-Playern und anderen Geräten mit bis zu 2 GByte Speicher teilweise noch immer im Einsatz. Sein größter Nachteil: Im Root-Verzeichnis nimmt das Dateisystem maximal 512 Dateien auf.
Mit Windows 95 folgten die Dateisystemerweiterung VFAT für lange Dateinamen und FAT32, das sich auch bei allen neueren Windows-Versionen sowie mit Linux- und Macintosh-Rechnern verwenden lässt. Und seit Vista SP1 kennen Windows-PCs zudem das speziell für Flash-Speicher entwickelte exFAT-Dateisystem.
Das NTFS-Dateisystem kam erstmals in Windows NT 3.1 zum Einsatz. Auf Arbeitsplatz-PCs ließ sich NTFS jedoch erst mit Windows XP nutzen. Mit dem Erscheinen von Windows XP erhielt das Dateisystem zudem ein Update, das meist als NTFS 3.1 bezeichnet wird und Erweiterungen wie die transparente Verschlüsselung umfasst. Seit Vista erfolgen Windows-Installationen immer auf NTFS-formatierten Systempartitionen.
Im Folgenden verwendet der Artikel stets die Abkürzung FAT für FAT32 sowie NTFS für die Version 3.1 des Dateisystems.

Datei- und Partitionsgrößen

Der lästigste Nachteil des FAT-Dateisystems ist die Beschränkung der Dateigröße. Auf FAT-formatierten Datenträgern lassen sich nur Dateien ablegen, die 4 GByte oder kleiner sind. Das reicht noch nicht einmal, um ein ISO-Abbild einer DVD zu speichern.
Parted Magic ist eine Live-CD. Sie enthält den Partitionierer Gparted, der auch Festplatten mit mehr als 32 GByte Speicherplatz zuverlässig mit dem FAT-Dateisystem formatiert
Wer derart große Dateien auf einer FAT-Partition archivieren möchte, der muss sie zuvor mit einem Tool wie dem kostenlosen 7-Zip in kleinere Teilarchive zerlegen. Oder man nutzt gleich einen NTFS-formatierten Datenträger, der mit Dateigrößen von bis zu 16 TByte zurechtkommt.
Ebenso lästig, aber mit weniger Einschränkungen verbunden, ist die Limitierung der FAT-Partitionsgröße auf maximal 32 GByte.
Dieses Limit ist allerdings nicht dem FAT-Dateisystem, sondern den Windows-Betriebssystemen anzulasten, die sich seit Windows XP beharrlich weigern, größere Partitionen in FAT zu formatieren.
Mit FAT lassen sich aber durchaus große Partitionen verwalten. Windows kann FAT-Partitionen mit mehr als 32 GByte auch problemlos ansprechen. Zum Formatieren benötigen Sie allerdings Spezial-Tools. Dazu zählen zum Beispiel das kostenlose Fat32format oder das ebenfalls kostenlose Parted Magic.
Technisch sind FAT-Partitionsgrößen von bis zu 8 TByte denkbar. Im Vergleich zum NTFS-Dateisystem, das Partitionsgrößen von bis zu 256 TByte unterstützt, bedeutet das für den Anwender bislang kaum eine Einschränkung.

Komprimieren und verschlüsseln

Auf NTFS-formatierten Datenträgern mit Clustergrößen von bis zu 4 KByte steht Ihnen im Gegensatz zum FAT-Dateisystem eine transparente Komprimierung zur Verfügung. Diese lässt sich auf einzelne Dateien und Ordner oder auf die gesamte Partition anwenden.
Transparent bedeutet dabei, dass die Dateien ohne Eingreifen des Benutzers dekomprimiert und wieder neu komprimiert werden. Sie arbeiten mit NTFS-komprimierten Dateien also genauso wie mit normalen Dateien. Allerdings wird die Performance des Rechners durch die Komprimierung ein wenig beeinträchtigt.
Neben der Komprimierung bietet NTFS mit dem Encrypting File System (EFS) auch eine Option zur transparenten Verschlüsselung von Dateien und Ordnern. Dabei lassen sich Systemdateien und Dateien im Root-Verzeichnis allerdings nicht verschlüsseln. Das Gleiche gilt für NTFS-komprimierte Dateien oder Ordner. Wenn Sie komprimierte Daten für die Verschlüsselung markieren, dann werden sie automatisch dekomprimiert.
Eine Verschlüsselung kann auch automatisch erfolgen, beispielsweise wenn Sie unverschlüsselte Dateien in einen verschlüsselten Ordner verschieben. Der umgekehrte Vorgang entschlüsselt die Dateien allerdings nicht automatisch. Eine automatische Entschlüsselung findet nur dann statt, wenn Sie verschlüsselte Dateien auf eine Partition kopieren oder verschieben, die mit einem anderen Dateisystem als NTFS formatiert wurde.

Dateiattribute und Zugriffsrechte

Neben Standardinformationen wie dem Zeitpunkt der letzten Speicherung verwaltet das NTFS-Dateisystem auch erweiterte Dateiattribute. Dazu zählen beispielsweise Sicherheitsattribute mit Informationen über den Eigentümer der Datei und über Benutzer, die auf diese Datei Zugriff haben. Anhand dieser Attribute lässt sich auf NTFS-Partitionen das Lesen, Schreiben und Ausführen von Dateien für einzelne Benutzer oder ganze Benutzergruppen des PCs einschränken.
Zudem unterstützt NTFS Datenträgerkontingente. Mit derartigen Kontingenten kann der Administrator die Menge an Festplattenspeicher festlegen, die ein Benutzer des PCs maximal belegen darf.
Neben Dateiattributen lassen sich im NTFS-Dateisystem auch andere Informationen unsichtbar, aber fest an eine Datei gebunden speichern. Diese alternativen Datenströme können Texte und Binärdaten enthalten. Dateien mit alternativen Datenströmen verlieren diese Informationen allerdings beim Kopieren in ein Dateisystem ohne entsprechende Unterstützung, also beispielsweise beim Kopieren auf eine FAT-Partition.