Windows-Dateisysteme: NTFS, FAT und exFAT im Überblick

Ein Dateisystem (engl. File System) ist nichts anderes als ein Ordnungssystem für Dateien auf Datenträgern. Die meisten PC-Nutzer kommen damit nur selten bis gar nicht in Berührung, außer es gibt Probleme, bei denen hieroglyphische Abkürzungen wie HFS oder FAT in der Fehlermeldung erwähnt werden. Obwohl es dutzende von Dateisystemen für alle möglichen Betriebssysteme und Speichermedien gibt, reicht es vollkommen, die wichtigsten und gängigsten von ihnen kennenzulernen – für Windows-Nutzer sind das insbesondere NTFS, FAT und exFAT.

Dateisysteme und ihre Funktionen

Stell dir vor, du möchtest deinen Keller oder dein Zimmer aufräumen. Nun könntest du alle herumliegenden Gegenstände in ein paar Kartons packen und in die Ecke stellen. Spätestens dann, wenn du etwas ganz Bestimmtes suchst, wirst du aber merken, dass diese Vorgehensweise wenig zielführend ist, um das Chaos zu beseitigen. Es wäre sinnvoller, Gegenstände einer Kategorie oder mit einem gemeinsamen Zweck in einen eigenen, beschrifteten Karton zu packen, damit du die Sachen schnell und gezielt wiederfindest. Genau diese Aufgabe haben Dateisysteme.

Dateisysteme gibt es bereits seit den ersten Lochkarten und Magnetbändern, also seit den Anfängen der Computergeschichte. Sie sorgen dafür, dass Dateien auf Datenträgern (Festplatten, USB-Sticks, CDs, Flash-Speicher, etc.) organisiert und dadurch leichter wiedergefunden und ausgelesen werden können. Die heutigen Dateisysteme arbeiten über hierarchische Strukturen, das heißt, die Dateien sind über einen Namen und einen Pfad organisiert. Gleichzeitig bestimmt das Dateisystem noch einige weitere Eigenschaften, zum Beispiel Zugriffsrechte und Dateiattribute. Letzten Endes muss sichergestellt werden, dass keine Dateien verloren, ungewollt verändert oder überschrieben werden.

Ein Dateisystem dient als Schnittstelle zwischen dem physischen Datenträger und der Anwendung des Betriebssystems, das auf die Daten zugreifen will. Jedes Betriebssystem ist an bestimmte Dateisysteme gebunden, deren Einsatz maßgeblich von der Art des Speichermediums abhängt. Hier ist eine kleine Liste mit den wichtigsten Dateisystemen für die Betriebssysteme Windows, MacOS und Linux:

Windows: FAT16, FAT32, NTFS

MacOS: HFS, HFS+, APFS

Linux: Ext2, Ext3, Ext4

Grundsätzlich sind Dateisysteme untereinander und zwischen verschiedenen Betriebssystemen inkompatibel. Wer zum Beispiel ein Medium mit APFS (Apple File System) hat, kann dieses nur an Geräte mit MacOS anschließen, nicht aber an den Windows-Computer. Es gibt jedoch Ausnahmen, wie etwa die FAT-Dateisysteme. Diese werden gerne für mobile Datenträger verwendet (mehr dazu im Folgenden), weil sie auf verschiedenen Betriebssystemen funktioniert. Logisch, denn ein USB-Stick sollte schließlich universell einsetzbar sein.

FAT und exFAT – Vorteile, Nachteile, Einsatzbereich

1977 entwickelte Microsoft ein Dateisystem namens FAT12. FAT ist das Akronym für file allocation table (“Dateizuordnungstabelle“) und die 12 bedeutet, dass 2¹² = 4.096 Cluster (Sektoren auf einem Datenträger) verwaltet werden können, was einer Festplatte oder Diskette von 16 MB Datenkapazität entspricht. Mittlerweile umfasst die Familie der FAT-Dateisysteme nicht mehr nur FAT12, sondern auch FAT16 und FAT32, deren Adressraum mit 16 Bit bzw. 32 Bit entsprechend größer ist. Das Dateisystem exFAT (für extended file allocation table) wurde 2006 entwickelt und arbeitet mit 64 Bit, weshalb es auch FAT64 genannt wird. Es wurde speziell für Flash-Speicher, USB-Sticks und Speicherkarten hergestellt und dient vor allem der Formatierung von Wechseldatenträgern.

Vorteile:

• Kompatibel mit vielen Betriebssystemen und Geräten (Smartphones, Konsolen, Computer, Tablets uvm.)
• gute Leistung bei kleinen Partitionen bis 200 MB
• uneingeschränkte Größen und Partitionen bei exFAT (nach heutigen Standards)

Nachteile:

• Keine Möglichkeit der Dateikomprimierung
• FAT32 nur für geringe Datengrößen (bis maximal 4 GB) geeignet
• Relativ langsame Lesegeschwindigkeit bei größeren Partitionen (je größer die Partition, desto geringer die Systemleistung)
• Kein Schutz vor Stromausfällen oder Abstürzen, sodass Daten verloren gehen können

Einsatzbereich:

• Kleine Laufwerke
• Mobile Speichergeräte, bei denen eine hohe Kreuzkompatibilität gefordert ist

NTFS – Vorteile, Nachteile, Einsatzbereich

Mit der Einführung von Windows Vista wurde auch das NTFS-Dateisystem zum Standard auserkoren. NTFS bedeutet New Technology File System und klingt bereits ein bisschen revolutionär. Das Ziel von Microsoft war es, ein neues Dateisystem zu entwickeln, das die Schwächen von Vorgängersystemen wie FAT und HPFS ausgleichen und möglichst wenige Einschränkungen aufweisen sollte. Die Schwerpunkte von NTFS liegen deshalb auf den Bereichen Datenschutz, Datensicherheit und Systemleistung.

NTFS überzeugt darüber hinaus mit einem erweiterten Adressraum von 2⁶⁴ Clustern (16 Exabytes), was es gleichwertig zu exFAT macht. Dennoch haben diese beiden Dateisysteme einige grundlegende Unterschiede, wie die folgenden Vor- und Nachteile von NTFS zeigen.

Vorteile:

• Datenkomprimierung möglich
• Nahezu unbegrenzte Datei- und Datenträgergrößen (nach heutigen Standards)
• Hohe Sicherheitsmechanismen zum Schutz vor Datenverlust oder Datenänderungen
• Datenverschlüsselung
• Sehr hohe Performance bei großen Datenträger-Volumina

Nachteile:

• Nicht für kleine Laufwerke und Partitionen unter 400 MB geeignet, da der Verwaltungsaufwand des Systems zu groß ist
• Nur für Windows-Betriebssysteme kompatibel

Einsatzbereich:

• Große Laufwerke mit Größen ab 400 MB

Was ist besser: FAT oder NTFS?

Keines der beiden Dateisysteme ist universell betrachtet besser oder schlechter, es kommt tatsächlich auf die Art und Größe des Speichermediums an. Generell ist FAT vor allem für kleinere Datenträger zu empfehlen, da es nur begrenzte Dateigrößen zulässt und die Systemleistung mit der Größe des Mediums abnimmt. Seine Stärke liegt in der Kompatibilität mit anderen Geräten und Betriebssystemen, weshalb FAT in erster Linie für mobile Speicher wie USB-Sticks verwendet wird.

NTFS ist hingegen das Standard-Dateisystem für große Festplatten aller Art, da es bei den Dateigrößen so gut wie keine Grenzen kennt und über eine sehr hohe Performance verfügt. Es punktet außerdem mit Funktionen wie Datenkomprimierung, Datenverschlüsselung und Wiederherstellbarkeit, was bei großen Datenmengen auf jeden Fall unerlässlich ist.

Eine ausführliche Liste zum Vergleich der FAT- und NTFS-Dateisysteme findest du hier. Weitere Vor- und Nachteile der Systeme werden auf der Seite von Microsoft erläutert.