Non sono sicuro del perché, ma l'aggiunta di una clausola order by e limit alla query sembra comportare sempre un hit dell'indice e viene eseguita in pochi millisecondi anziché in pochi secondi.
explain select * from geo_ip where 2393196360 between start_ip and end_ip order by start_ip desc limit 1;
+----+-------------+--------+-------+-----------------+----------+---------+------+--------+-------------+
| id | select_type | table | type | possible_keys | key | key_len | ref | rows | Extra |
+----+-------------+--------+-------+-----------------+----------+---------+------+--------+-------------+
| 1 | SIMPLE | geo_ip | range | start_ip,end_ip | start_ip | 4 | NULL | 975222 | Using where |
+----+-------------+--------+-------+-----------------+----------+---------+------+--------+-------------+
Questo è abbastanza buono per me ora, anche se mi piacerebbe conoscere il motivo alla base del motivo per cui l'ottimizzatore decide di non utilizzare l'indice nell'altro caso.