Eu estive envolvido nas vendas de TI e telefone celular por 15 anos e posso confirmar que você não apenas teria esse comportamento estranho, mas especificamente o porquê .
O telefone, independentemente de ser GSM, LTE, EVDO, CDMA, etc., sempre possui algumas configurações básicas para informar como se comunicar com a rede. Uma dessas configurações é a configuração do gateway da Internet. Se você possui um cartão SIM ou um telefone no estilo americano, onde as configurações estão na NVRAM no dispositivo, essa configuração está sempre presente em algum lugar. O IP do gateway é específico para sua operadora e TODOSo tráfego do telefone que não é considerado "local" (dentro da máscara de rede especificada por outra configuração no mesmo local - isso quase nunca se aplicaria, exceto, possivelmente, algum servidor gerenciado pelo seu provedor de celular ou uma coincidência muito estranha) passe por esse gateway para sair para a internet. Não é uma VPN, um túnel ou qualquer coisa assim - é o próprio protocolo IP padrão que causa isso. Isso significa que você pode evitar isso ignorando o IP, mas que eu saiba, ninguém usa pacotes ARP para se comunicar diretamente via endereço MAC, o que é altamente teórico e sem sentido.
A razão pela qual estou respondendo a essa pergunta quando Henning Makholm já a abordou muito bem é porque ela tem uma consequência não intencional potencialmente perigosa - o tráfego não é criptografado separadamente. Provavelmente, tudo bem se você estiver em um país liberal e a conta estiver em um país igualmente liberal, pois os ISPs geralmente não estão no negócio de prender pessoas ou roubar números de cartão de crédito. Se você vem ou visita a China (ou outro país conhecido por se envolver em uma ação legal pelo que eles consideram atividade ilícita na Internet), você corre o risco - mesmo que seja de fora do país em questão. O tráfego passará pela Internet pública em qualquer estado de criptografia que o servidor de destino exija, através de quem sabe quantos comutadores e ISPs diferentes até chegar ao seu gateway,
Em outras palavras, seu tráfego é roteado primeiro para o seu provedor de celular e depois para a Internet em geral. É enviado em qualquer estado criptografado que o destino solicite. Se ele viaja por um país que ofende seus dados, e qualquer um desses dados (mesmo o nome DNS ou o IP em alguns casos - cuidado!) Pode ser interpretado (é texto simples ou criptografado de maneira fraca), você está com sérios problemas. Assim, teoricamente, você poderia usar um SIM estrangeiro para contornar o Great Firewall. Você também pode assar brownies com veneno de rato. Nem é uma boa ideia. Tenha cuidado ao viajar para o exterior e mantenha as pesquisas na Internet agradáveis e limpas apenas para garantir a segurança.