Inte säker på varför, men att lägga till en order by klausul och limit i frågan verkar alltid resultera i en indexträff och körs på några millisekunder istället för några sekunder.
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 |
+----+-------------+--------+-------+-----------------+----------+---------+------+--------+-------------+
Det här är tillräckligt bra för mig nu, även om jag skulle älska att veta resonemanget bakom varför optimeraren bestämmer sig för att inte använda indexet i det andra fallet.