Das ISO-Archivformat, auch bekannt als ISO 9660, ist ein Dateisystemstandard, der 1988 von der Internationalen Organisation für Normung (ISO) veröffentlicht wurde. Es wurde als plattformübergreifendes Dateisystem für optische Datenträger wie CD-ROMs entwickelt. Ziel war es, eine einheitliche Methode für verschiedene Betriebssysteme bereitzustellen, um Daten von optischen Datenträgern zu lesen und so Interoperabilität und Kompatibilität zu gewährleisten.
ISO 9660 definiert eine hierarchische Dateisystemstruktur, ähnlich den Dateisystemen, die von den meisten Betriebssystemen verwendet werden. Es organisiert Daten in Verzeichnissen und Dateien, wobei jedes Verzeichnis Unterverzeichnisse und Dateien enthalten kann. Der Standard legt das Format der Volume- und Verzeichnisdeskriptoren sowie die Pfadtabelle fest, die für den schnellen Zugriff auf Verzeichnisse verwendet wird.
Eines der Hauptmerkmale des ISO 9660-Formats ist seine Einfachheit und Kompatibilität. Der Standard legt Einschränkungen für Dateinamen, Verzeichnisstrukturen und Metadaten fest, um sicherzustellen, dass die Datenträger von einer Vielzahl von Systemen gelesen werden können. Dateinamen sind auf 8 Zeichen beschränkt, gefolgt von einer 3-stelligen Erweiterung (8.3-Format) und dürfen nur Großbuchstaben, Ziffern und Unterstriche enthalten. Verzeichnisnamen sind ähnlich eingeschränkt, mit einer maximalen Tiefe von 8 Ebenen.
Um längeren Dateinamen und zusätzlichen Metadaten gerecht zu werden, wurde der ISO 9660-Standard durch verschiedene Spezifikationen erweitert. Eine solche Erweiterung ist Joliet, die 1995 von Microsoft eingeführt wurde. Joliet ermöglicht längere Dateinamen (bis zu 64 Unicode-Zeichen) und unterstützt Groß-/Kleinschreibung. Dies wird erreicht, indem ein zusätzlicher Satz von Verzeichnisdatensätzen mit UCS-2-Codierung eingefügt wird, der von Systemen gelesen wird, die die Joliet-Erweiterung unterstützen.
Eine weitere bemerkenswerte Erweiterung von ISO 9660 ist Rock Ridge, die für UNIX-Systeme entwickelt wurde. Rock Ridge fügt dem ISO 9660-Format POSIX-Dateisystemsemantik hinzu, wie z. B. Dateiberechtigungen, Besitz und symbolische Links. Diese Erweiterung ermöglicht die Beibehaltung UNIX-spezifischer Dateiattribute beim Erstellen von ISO-Images aus UNIX-Dateisystemen.
Das ISO 9660-Format unterteilt den Datenträger in logische Blöcke, die jeweils typischerweise 2.048 Byte groß sind. Die ersten 16 Blöcke sind für die Systemnutzung reserviert und enthalten die Volume-Deskriptoren, die Informationen über die Struktur und den Inhalt des Datenträgers liefern. Der primäre Volume-Deskriptor ist obligatorisch und enthält Details wie die Volume-Kennung des Datenträgers, die Größe der logischen Blöcke und den Stammverzeichnisdatensatz.
Nach den Volume-Deskriptoren wird die Pfadtabelle auf dem Datenträger gespeichert. Die Pfadtabelle enthält Informationen über den Speicherort jedes Verzeichnisses auf dem Datenträger und ermöglicht so eine schnelle Durchquerung der Verzeichnishierarchie. Sie besteht aus einer L-Pfadtabelle (Little-Endian) und einer M-Pfadtabelle (Big-Endian), um verschiedene Byte-Anordnungen zu unterstützen, die von verschiedenen Systemen verwendet werden.
Verzeichnisse und Dateien werden in den nachfolgenden Blöcken des Datenträgers gespeichert. Jedes Verzeichnis wird durch einen Verzeichnisdatensatz dargestellt, der Informationen wie den Namen des Verzeichnisses, sein übergeordnetes Verzeichnis und den Speicherort seiner zugehörigen Dateien und Unterverzeichnisse enthält. Dateien werden als zusammenhängende Sequenzen logischer Blöcke gespeichert, wobei ihr Speicherort und ihre Größe im entsprechenden Dateiidentifikationsdatensatz innerhalb des Verzeichnisses angegeben sind.
Beim Erstellen eines ISO-Images wird das Dateisystem zunächst gemäß den Anforderungen des ISO 9660-Standards organisiert. Dazu gehört, dass sichergestellt wird, dass Datei- und Verzeichnisnamen dem 8.3-Format entsprechen, die Verzeichnistiefe begrenzt wird und Dateinamen in Großbuchstaben konvertiert werden. Sobald das Dateisystem vorbereitet ist, wird es in eine Imagedatei mit der Erweiterung `.iso` geschrieben, die dann auf einen optischen Datenträger gebrannt oder als virtuelles Datenträgerimage verwendet werden kann.
Um einen im ISO 9660-Format formatierten Datenträger zu lesen, untersucht das Betriebssystem oder eine dedizierte Softwareanwendung zunächst die Volume-Deskriptoren, um die Struktur und die Eigenschaften des Datenträgers zu ermitteln. Anschließend verwendet es die Pfadtabelle und die Verzeichnisdatensätze, um in der Dateisystemhierarchie zu navigieren und bestimmte Dateien oder Verzeichnisse zu finden. Wenn auf eine Datei zugegriffen wird, liest das System die entsprechenden logischen Blöcke vom Datenträger basierend auf den im Dateiidentifikationsdatensatz bereitgestellten Informationen.
Das ISO 9660-Format wurde weithin übernommen und wird immer noch häufig für die Verteilung von Software, Multimedia-Inhalten und Archivdaten auf optischen Datenträgern verwendet. Seine Einfachheit, Kompatibilität und Robustheit haben zu seiner Langlebigkeit beigetragen, auch wenn neuere optische Datenträgerformate und Dateisysteme aufgetaucht sind.
Trotz seines Alters bleibt der ISO 9660-Standard im modernen Computing relevant. Viele Softwareanwendungen und Betriebssysteme, darunter Windows, macOS und Linux, unterstützen das Format weiterhin nativ. Darüber hinaus werden ISO-Images häufig für die Verteilung von Betriebssysteminstallationsdateien, Softwarepaketen und virtuellen Festplattenimages verwendet, da sie eine bequeme und plattformunabhängige Methode zum Speichern und Übertragen von Daten bieten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das ISO 9660-Format eine entscheidende Rolle bei der Standardisierung der Dateisystemstruktur für optische Datenträger gespielt hat, die plattformübergreifende Kompatibilität ermöglicht und die Verbreitung digitaler Inhalte erleichtert. Seine Erweiterungen, wie Joliet und Rock Ridge, haben Unterstützung für längere Dateinamen, zusätzliche Metadaten und UNIX-spezifische Attribute hinzugefügt. Obwohl optische Datenträger weitgehend durch andere Speichermedien und netzwerkbasierte Verteilungsmethoden abgelöst wurden, bleibt das ISO 9660-Format ein zuverlässiger und weit verbreiteter Standard für die Archivierung und den Austausch von Daten.
Mit der Weiterentwicklung der Technologie wird das ISO 9660-Format möglicherweise irgendwann durch neuere, fortschrittlichere Dateisysteme ersetzt, die für optische Datenträger mit hoher Kapazität oder andere Speichermedien entwickelt wurden. Seine Auswirkungen auf die Geschichte des Computings und seine Rolle bei der Etablierung eines standardisierten Ansatzes für den plattformübergreifenden Datenaustausch werden jedoch nicht vergessen werden. Das ISO 9660-Format ist ein Beweis für die Bedeutung der Interoperabilität und die Vorteile der branchenweiten Zusammenarbeit bei der Entwicklung und Übernahme von Standards.
Die Dateikomprimierung reduziert Redundanzen, damit dieselben Informationen mit weniger Bits auskommen. Die Obergrenze wird von der Informationstheorie gesetzt: Bei verlustfreier Komprimierung bestimmt die Entropie der Quelle das Limit (siehe Shannons Source-Coding-Theorem und seinen ursprünglichen Aufsatz von 1948 „A Mathematical Theory of Communication“). Bei verlustbehafteter Komprimierung beschreibt die Rate-Distortion-Theorie den Kompromiss zwischen Bitrate und Qualität.
Die meisten Kompressoren arbeiten in zwei Phasen. Zuerst sagt ein Modell Struktur in den Daten voraus oder legt sie frei. Danach wandelt ein Coder diese Vorhersagen in nahezu optimale Bitmuster um. Eine klassische Modellfamilie ist Lempel–Ziv LZ77 (1977) und LZ78 (1978) entdecken wiederholte Teilstrings und geben Referenzen statt Rohbytes aus. Auf der Codierungsseite weist die Huffman-Codierung (den Originalartikel finden Sie 1952) wahrscheinlicheren Symbolen kürzere Codes zu. Arithmetische Codierung und Range Coding arbeiten noch feiner und rücken näher an die Entropiegrenze, während moderne Asymmetric Numeral Systems (ANS) ähnliche Raten mit tabellengesteuerten Implementierungen erreichen.
DEFLATE (verwendet von gzip, zlib und ZIP) kombiniert LZ77 mit Huffman-Codierung. Die Spezifikationen sind öffentlich: DEFLATE RFC 1951, der zlib-Wrapper RFC 1950und das gzip-Dateiformat RFC 1952. Gzip ist für Streaming ausgelegt und garantiert ausdrücklich keinen zufälligen Zugriff. PNG-Bilder standardisieren DEFLATE als einzige Komprimierungsmethode (mit maximal 32 KiB Fenster) laut der PNG-Spezifikation „Compression method 0… deflate/inflate… at most 32768 bytes“ und W3C/ISO PNG 2nd Edition.
Zstandard (zstd): ein neuer Allzweckkompressor für hohe Raten bei sehr schneller Dekompression. Das Format ist dokumentiert in RFC 8878 (und dem HTML-Spiegel) sowie der Referenzspezifikation auf GitHub. Wie gzip zielt der Basis-Frame nicht auf zufälligen Zugriff. Eine der Superkräfte von zstd sind Wörterbücher: kleine Proben aus Ihrem Korpus, die viele kleine oder ähnliche Dateien deutlich besser komprimieren (siehe python-zstandard Wörterbuch-Dokumentation und Nigel Taos Beispiel). Implementierungen akzeptieren sowohl „unstrukturierte“ als auch „strukturierte“ Wörterbücher (Diskussion).
Brotli: optimiert für Web-Inhalte (z. B. WOFF2-Fonts, HTTP). Es kombiniert ein statisches Wörterbuch mit einem DEFLATE-ähnlichen LZ+Entropie-Kern. Die Spezifikation ist RFC 7932, der auch ein Gleitfenster von 2WBITS−16 mit WBITS in [10, 24] (1 KiB−16 B bis 16 MiB−16 B) beschreibt und festhält, dass es keinen zufälligen Zugriff bereitstellt. Brotli schlägt gzip bei Webtext oft und dekodiert trotzdem schnell.
ZIP-Container: ZIP ist ein Datei-Archiv, das Einträge mit verschiedenen Komprimierungsmethoden (deflate, store, zstd usw.) speichern kann. Der De-facto-Standard ist PKWAREs APPNOTE (siehe APPNOTE-Portal, eine gehostete Kopieund die LC-Überblicke ZIP File Format (PKWARE) / ZIP 6.3.3).
LZ4 zielt auf pure Geschwindigkeit bei moderaten Raten. Siehe die Projektseite („extremely fast compression“) und das Frame-Format. Ideal für In-Memory-Caches, Telemetrie oder Hot Paths, in denen Dekompression nahezu RAM-Geschwindigkeit erreichen muss.
XZ / LZMA strebt hohe Dichte (große Raten) mit relativ langsamer Kompression an. XZ ist ein Container; die Schwerarbeit leisten typischerweise LZMA/LZMA2 (LZ77-ähnliche Modellierung + Range Coding). Siehe .xz-Dateiformat, die LZMA-Spezifikation (Pavlov)und Linux-Hinweise zu XZ Embedded. XZ komprimiert meist besser als gzip und konkurriert oft mit modernen Hochratencodecs, braucht aber längere Encode-Zeiten.
bzip2 setzt auf die Burrows–Wheeler-Transformation (BWT), Move-to-Front, RLE und Huffman-Codierung. Typisch kleiner als gzip, aber langsamer; siehe das offizielle Handbuch und die Manpages (Linux).
Die „Fenstergröße“ zählt. DEFLATE-Referenzen können nur 32 KiB zurückblicken (RFC 1951) sowie das PNG-Limit von 32 KiB hier erläutert. Brotli deckt Fenster von etwa 1 KiB bis 16 MiB ab (RFC 7932). Zstd passt Fenster und Suchtiefe über die Level an (RFC 8878). Basis-Streams von gzip/zstd/brotli sind für sequentielles Dekodieren gebaut; die Grundformate versprechen keinen zufälligen Zugriff, obwohl Container (z. B. Tar-Indizes, Chunked Framing oder format-spezifische Indizes) ihn nachrüsten können.
Die oben genannten Formate sind verlustfrei: Sie rekonstruieren exakt dieselben Bytes. Medien-Codecs sind oft verlustbehaftet: Sie verwerfen unmerkliche Details, um niedrigere Bitraten zu erreichen. Bei Bildern ist klassisches JPEG (DCT, Quantisierung, Entropiecodierung) in ITU-T T.81 / ISO/IEC 10918-1standardisiert. In Audio nutzen MP3 (MPEG-1 Layer III) und AAC (MPEG-2/4) Wahrnehmungsmodelle und MDCT-Transformationen (siehe ISO/IEC 11172-3, ISO/IEC 13818-7und eine MDCT-Übersicht hier). Verlustbehaftet und verlustfrei können koexistieren (z. B. PNG für UI-Assets; Web-Codecs für Bilder/Video/Audio).
Theorie Shannon 1948 · Rate–distortion · Codierung Huffman 1952 · Arithmetische Codierung · Range Coding · ANS. Formate DEFLATE · zlib · gzip · Zstandard · Brotli · LZ4 frame · XZ format. BWT-Stack Burrows–Wheeler (1994) · bzip2 manual. Medien JPEG T.81 · MP3 ISO/IEC 11172-3 · AAC ISO/IEC 13818-7 · MDCT.
Fazit: Wählen Sie einen Kompressor, der zu Ihren Daten und Randbedingungen passt, messen Sie auf echten Eingaben und vergessen Sie nicht die Gewinne durch Wörterbücher und clevere Frames. Mit der richtigen Kombination erhalten Sie kleinere Dateien, schnellere Übertragungen und reaktionsschnellere Apps – ohne Korrektheit oder Portabilität zu opfern.
Dateikompression ist ein Prozess, der die Größe einer Datei oder Dateien reduziert, normalerweise um Speicherplatz zu sparen oder die Übertragung über ein Netzwerk zu beschleunigen.
Die Dateikompression funktioniert, indem sie Redundanzen in den Daten identifiziert und entfernt. Sie verwendet Algorithmen, um die ursprünglichen Daten in einem kleineren Raum zu kodieren.
Die beiden primären Arten der Dateikompression sind verlustfreie und verlustbehaftete Kompression. Verlustfreie Kompression ermöglicht die perfekte Wiederherstellung der Originaldatei, während verlustbehaftete Kompression eine größere Größenreduktion ermöglicht, dies jedoch auf Kosten eines Qualitätsverlusts bei den Daten.
Ein populäres Beispiel für ein Dateikompressionstool ist WinZip, das mehrere Kompressionsformate unterstützt, darunter ZIP und RAR.
Bei verlustfreier Kompression bleibt die Qualität unverändert. Bei verlustbehafteter Kompression kann es jedoch zu einem spürbaren Qualitätsverlust kommen, da weniger wichtige Daten zur Reduzierung der Dateigröße stärker eliminiert werden.
Ja, die Dateikompression ist sicher in Bezug auf die Datenintegrität, insbesondere bei der verlustfreien Kompression. Wie alle Dateien können jedoch auch komprimierte Dateien von Malware oder Viren angegriffen werden. Daher ist es immer wichtig, eine seriöse Sicherheitssoftware zu haben.
Fast alle Arten von Dateien können komprimiert werden, einschließlich Textdateien, Bilder, Audio, Video und Softwaredateien. Das erreichbare Kompressionsniveau kann jedoch zwischen den Dateitypen erheblich variieren.
Eine ZIP-Datei ist ein Dateiformat, das verlustfreie Kompression verwendet, um die Größe einer oder mehrerer Dateien zu reduzieren. Mehrere Dateien in einer ZIP-Datei werden effektiv zu einer einzigen Datei gebündelt, was das Teilen einfacher macht.
Technisch ja, obwohl die zusätzliche Größenreduktion minimal oder sogar kontraproduktiv sein könnte. Das Komprimieren einer bereits komprimierten Datei kann manchmal deren Größe erhöhen, aufgrund der durch den Kompressionsalgorithmus hinzugefügten Metadaten.
Um eine Datei zu dekomprimieren, benötigen Sie in der Regel ein Dekompressions- oder Entzip-Tool, wie WinZip oder 7-Zip. Diese Tools können die Originaldateien aus dem komprimierten Format extrahieren.